Электроснабжение электромеханического цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Энергетика нашей страны обеспечивает надежное электроснабжение народного хозяйства страны и жилищно-бытовые нужды различных потребителей электрической энергии.

К области электроснабжения относятся: производство, передача и распределение электроэнергии. Электроэнергию вырабатывают электростанции, которые по способу производства подразделяются на гидравлические и тепловые. Последние в свою очередь делятся на конденсационные, противодавленческие и смешанные.

Гидроэлектростанции используют энергию движущейся воды. С помощью гидрогенераторов эта энергия превращается в электрическую. Естественно, что такие электростанции можно строить лишь в тех местах, где имеются полноводные реки и благоприятный для устройства рельеф местности.

Тепловые электростанции используют тепло топлива, сжигаемого в паровых котлов. Энергия полученная в котлах пара с помощью турбогенераторов превращаются в электрическую. При этом электростанция может отдавать потребителям как электрическую, так и тепловую энергию.

Конденсационные электростанции отдают только электрическую энергию, которая легко и с небольшими потерями может передаваться на большие расстояния. Вследствии этого такие электростанции целесообразно строить преимущественно в местах добычи топлива.

Противодавленческие и смешанные теплоэлектростанции отдают электрическую и тепловую энергию. Последняя может передаваться с паром или с горячей водой и лишь на сравнительно небольшие расстояния. Поэтому такие электростанции обычно располагают вблизи потребителей тепловой энергии.

В тех случаях, когда по каким-либо причинам (например, в силу большой отдаленности станции друг от друга) совместная работа станций невозможна или нецелесообразна, строят смешанные электростанции, способные одновременно вырабатывать электроэнергию и тепло в нужных количествах.

Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия, которые обычно находятся либо в соответствующих сырьевых районах, либо вблизи населенных пунктов промышленных районов.

Энергия широко используется во всех отраслях народного хозяйства, особенно для электропривода различных механизмов (подъемно-транспортных машин, поточно-транспортных систем, компрессоров, насосов и вентиляторов); для электротехнологических установок (электротермических и электросварочных), а также для электролиза, электроискровой и электозвуковой обработки материалов и т.д.

Для обеспечения подачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящих из сетей напряжением до 1кВ и выше и трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанции.

Распределение электроэнергии осуществляется в распределительных устройствах подстанции и в распределительных пунктах.

Передача, распределение и потребление выработанной электроэнергии на промышленных предприятиях должны производиться с высокой экономичностью и надежностью.

В системе цехового распределения электроэнергии широко используют комплектные распределительные устройства, подстанции, силовые и осветительные токопроводы. Это создает гибкую и надежную систему распределения, в результате чего экономиться большое количество проводов и кабелей. Широко применяются совершенные системы автоматики, а также простые и надежные системы электроснабжения предприятия. Все это обеспечивает необходимое рациональное экономное расходование электроэнергии во всех отраслях промышленности, являющихся основными потребителями огромного количества электроэнергии, оснащенных современным энергетическим оборудованием.

1. Общая часть

1.1 Краткое описание технологического процесса

Электромеханический цех предназначен для подготовки заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами.

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. Электромеханический цех имеет станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование: слиткообдирочные станки, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические и другие.

В цехе предусмотрены помещения для цеховой трансформаторной подстанции, вентиляторной, инструментальной, для бытовых нужд и прочие помещения.

Электромеханический цех получает электроснабжение от подстанции глубокого ввода (ПГВ). Расстояние от ПГВ до цеховой подстанции -0,7 км, а от энергосистемы до ПГВ-10 км. Напряжение на ПГВ-10кВ.

Количество работающих смен - 2. Потребители электроэнергии имеют 2и3 категории по надежности электроснабжения. Грунт в районе ЭМЦ-Супесок.

Каркас здания смонтирован из блоков-секций длиной 8 и 9 м каждый. Размер цеха АЧВЧН=48x30Ч9 м.

1.2 Выбор напряжения и рода тока

Приемники электрической энергии современных промышленных предприятий могут быть подразделены на группы, различающихся по мощности, режиму работы, напряжению, роду тока.

Большая часть электроприемников - электродвигатели производственных механизмов, электрическое освещение, электрические печи, электросварочные установки- являются, как правило, потребителями трехфазного переменного тока промышленной частоты (50 Гц).

Технические требования ряда производственных и вспомогательных механизмов в отношении плавного и широкого регулирования скорости вызывают необходимость применения для электропривода электродвигателей постоянного тока.

Для получения постоянного тока служат преобразовательные агрегаты с двигатель-генераторами, ртутными и полупроводниковыми выпрямителями. Все преобразователи в системе электроснабжения предприятия являются потребителями переменного тока.

Номинальное напряжение электрических сетей в установках до 1000 В должны соответствовать при трехфазном переменном токе 220, 380 и 660 В (междуфазное), а при постоянном токе - 110, 220 и 440 В.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют установки напряжением 380/220 В с глухим заземлением нейтрали. Выбор этого напряжения обеспечивает возможность использования общих трансформаторов для питания силовой и осветительной нагрузки, а также снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях по сравнению с напряжением 220/127 В.

Указанное напряжение следует применять во всех случаях, где этому не препятствуют какие-либо местные условия и если технико-экономическими расчетами не доказана целесообразность применения более высокого напряжения. Наибольшая мощность трехфазных электроприемников, питаемых от системы напряжением 380/220 В, не должна превышать величины, допускающей применение контакторов на ток 600 А.

Напряжение 660 В с изолированной нейтралью по сравнению с напряжением 380 В дает некоторую экономию в расходе цветных металлов, однако увеличение стоимости защитной и пускорегулируюей аппаратуры на 10-15% и необходимость установки отдельных трансформаторов для силовой и осветительной нагрузки несколько снижают преимущество этого напряжения. Целесообразность применения напряжения 660 В должна обосновываться технико-экономическими сравнением с напряжением 380/220 В.

1.3 Выбор схемы электроснабжения

Выбор рациональной схемы питания силовых и осветительных нагрузок промышленных предприятия зависит от следующих условий: территориального расположения потребителей относительно питающей подстанции или ввода, а также относительно друг друга; величины установленной мощности отдельных электроприемников и требований к надежности электроснабжения. Выбранная схема должна обеспечивать простоту и удобство эксплуатации, минимум потерь электроэнергии, экономию цветного металла и возможно меньше капитальных затрат.

Сети напряжением до 1000 В подразделяются на питающие, прокладываемые от трансформаторной подстанции или вводного устройства до силовых пунктов, и распределительные, к которым присоединяются электроприемники. Питающие и распределительные сети могут быть выполнены по радиальной, магистральной и смешанной схемам.

Радиальная схема питания применяется в тех случаях, когда в цехе предприятия стационарно установлены относительно мощные электроприемники, например электроприводы компрессорных и насосных установок, или когда мелкие по мощности электроприемники распределяются по цеху неравномерно и сосредоточены группами на отдельных участках.

Достоинство радиальной схемы питания заключается в высокой надежности электроснабжения и удобстве эксплуатации. При повреждении проводов или коротком замыкании прекращают работу один или несколько электроприемников, подключаемых к поврежденной линии, в то время как остальные продолжают нормальную работу.

К числу недостатков радиальной схемы относятся: большое число питающих линий к электроприемникам; увеличенная протяженность сети, а следовательно перерасход цветного металла и дополнительные капитальные затраты; увеличенное число коммутационных и защитных аппаратов, установленных на распределительном щите, что ведет к увеличению числа панелей щита и его габаритов.

При магистральной схеме питающие магистрали присоединяются к распределительным щитам вторичного напряжения цеховых трансформаторных подстанции или непосредственно к трансформаторам по схеме блока трансформатор-магистраль. Дальнейшее распределение энергии производится распределительными магистралями, присоединенными к главной магистрали с помощью коммутационных и защитных аппаратов.

Достоинства магистральной схемы питания заключается в сравнительно небольшом количестве отходящих линий, уменьшающим расход цветных металлов, и сокращении габаритов распределительных устройств; благодаря применения схемы блока трансформатор-магистраль монтаж токопроводов может вести индивидуальным методом.

Обычно эти две схемы питания применяются редко, и сеть выполняется смешанной с присоединением потребителей в зависимости от их места расположения, характеристики производства и условий окружающей среды. Для данного цеха выбрана смешанная схема электроснабжения потребителей цеха, выполненная двумя шинопроводами и двумя кабелями, питающимися от распределительных пунктов.

Таблица 1 Перечень электрооборудования

№ На плане	Наименование оборудования	Ном. мощн. кВт	Кол-во шт.	Ки	cosц	tgц
1, 21	Краны мостовые	36	2	0,05	0,5	1,73
2, 3, 22, 23	Манипуляторы электрические	3,2	4	0,4	0,8	1,37
6, 28	Точильно-шлифовальные станки	2	2	0,12	0,4	2,35
7, 8, 26, 27	Настольно-сверлильные станки	2,2	4	0,12	0,4	2,35
9, 10, 29, 30	Токарные полуавтоматы	10	4	0,17	0,65	1,15
11..14	Токарные станки	13	4	0,17	0,65	1,15
15..20 33..37	Слиткообдирочные станки	3	11	0,17	0,65	1,15
24, 25	Горизонтально-фрезерные станки	7	2	0,12	0,4	2,35
31, 32	Продольно-строгальные станки	10	2	0,16	0,5	1,73
38..40	Анодно-механические станки	75	3	0,16	0,5	1,73
41	Тельфер	5	1	0,1	0,5	1,73
42,43	Вентиляторы	4,5	2	0,65	0,8	0,73

m=Pmax/Pmin [3,стр71,ф3.2.3]

Pсм=Kи ·Pн [3, стр70,ф3,18]

Qсм=Pсм·tgц [3стр70,ф3.19]

Ки_ср=?Рсм/?Рн [3стр68,ф3,13]

tgц_ср= ?Qсм/?Рсм [3,стр68]

nэ=(?Рн)²/?Рн² [3,стр104,ф4,22]

n_*= n₁/ n

Р_*= Рн₁/ Рн

n_э= n·_э· n

n_э=2?Рн/ Pmax [3,стр105,ф4.24]

Рм=Км·?Рсм [3,стр69,ф3.17]

Qм=Км·?Qсм [3,стр72,ф3.26]

Sм=vРм²+Qм² [3,стр72,ф3.27]

Iм=Sм/(v3·Uн) [3,стр75]

Sтр=Kр·Sм

?Р'=?Рх.х.+Кп·?Qх.х.+Кз²·(?Рк.з.+Кп·?Qк.з.)

?Qх.х.= Sн·Iх.х.%/100%

?Qк.з.= Sн·Uк.з.%/100%

?W_R=?Р'·Tв

С=с·?W_R

К=1,23·Стр

Т=(К₂-К₁)/(С₁-С₂)

Iр=Sн/(v3·Uвн) [3,стр75]

Sэк=Iр/jэк [3,стр121,ф4,36]

?U%=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц) [4,стр123,ф4.40]

Iр=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ [3,стр157]

х=х_о·?·Sб/Uб² [3,стр221]

r=r_o· Sб/Uб² [3,стр221]

х=Uк.з.%/100·Sб/Sн

х=v (Uк.з.²-r·²) · Sб/ Sн

Iб= Sб/(v3·Uб)

Z=v ?х²+ ?r² [4,стр234,ф6.40]

I"=Iб/ ?х [4,стр234,ф6.38]

i_УД=Куд·v2· I"[3,стр219,ф8.8]

Iуд= I"·v1+2·(Куд-1)²[3,стр220,ф8.13]

Sк.з.=v3· I"·Uн[3,стр222,ф8.23]

I=Sн/(v3·Uн)

Gрасч=1,76·10^-3·?²·iуд²/(а·W)

W=b²·h/6

W=b·h²/6

Fрасч=1,76·10^-2·?·iуд²/а [3,стр235,ф8.72]

Smin=I?/с·vtп

Qк=б·Рм·(tgц₁- tgц₂) [3,стр186ф6.37]

Rразр=15·10⁶·Uф²/Qк [3стр,196ф6.39]

Rл=Uф²/Рл [3,стр194]

n_л=Rразр/Rл

I=Qк/(v3·Uн) [3,стр175]

Iср?1,2·Qк/(v3·Uн)

Iвс?1,5·Qк/(v3·Uн)

Rз?125/Iс [3стр203,ф7.2]

Rоу=0,0034·с [3стр209]

n'= Rоу/ Rз [3стр209ф7.9]

n= n'/ з_с [3стр211]

2. Расчетная часть

2.1 Расчет мощности цеха

Силовая нагрузка предприятия или цеха обычно состоит из электроприемников различных по мощности и по режиму работы.

Определение расчетной максимальной нагрузки по методу коэффициента максимума Км производится в определенном порядке. Составляется таблица. Заполнение отдельных граф и расчеты производятся следующим образом:

Все электроприемники в питающей линии разбиваются на группы (А,Б,В…) по значениям коэффициента использования Ки (графа 1);

Подсчитывается количество электроприемников в каждой группе и в целом по питающей линии (графа 2);

В каждой группе указывают минимальную и максимальную мощности. При этом все электроприемники должны быть приведены к ПВ=100% (графа 3);

Затем подсчитываются суммарные установленные мощности всех электроприемников, кроме резервных (графа 4);

Для каждой питающей линии определяется отношение:

m=Pmax/Pmin

где: Pmax - наибольшая мощность электроприемника в данной линии (графа 5) [кВт]

Pmax-наименьшая мощность электроприемника в данной линии (графа 5) [кВт]

Коэффициент использования Ки и cosц определяется из таблицы. (графа 6);

По значениям cosц определяется tgц (графа 7);

Далее определяется активная мощность смены:

Pсм=Kи·Pн

где: Kи - коэффициент использования

Pн - номинальная мощность

Затем определяется реактивная мощность:

Qсм=Pсм· tgц

где: Рсм - сменная мощность [кВт]

Для расчетов Киср для данной питающей линии пользуемся данной формулой:

Ки_ср=?Рсм/?Рн

где: ?Рсм- суммарная сменная мощность [кВт]

?Рн- суммарная номинальная мощность [кВт]

Среднее значение tgц линии определяется по формуле:

tgц_ср= ?Qсм/?Рсм

где: ?Qсм- суммарная реактивная мощность [кВАр]

По среднему значению tgц определяется среднее значение cosц (по линии и цеху).

Эффективное число электроприемников nэ (графа 10) определяется различными способами:

При числе электроприемников до 5 nэ определяется по формуле:

nэ=(?Рн)²/?Рн²

При n>5 и Ки<0,2 обозначим n₁- число электроприемников, имеющих мощность больше половины наибольшего по мощности электроприемника данной линии, тогда:

n_*= n₁/ n

где: n - общее количество электроприемников (графа 2)

Далее определяем суммарную номинальную мощность этих электроприемников. Затем рассчитываем величину Р_*:

Р_*= Рн₁/ Рн

где: Рн₁- суммарная номинальная мощность [кВт]

Рн - общая номинальная мощность всех электроприемников [кВт] (графа 4)

По n_* и Р_* определяем n_*э по таблице. Тогда n_э определяется по формуле:

n_э= n_*э· n

При числе электроприемников 4 и более допускается принимать n_э равным фактическому количеству n в случае, если m>3.

При m>3, Ки?0,2 эффективное число электроприемников определяется по формуле:

n_э=2?Рн/ Pmax

где: ?Рн- суммарная номинальная мощность [кВт]

Pmax- наименьшая мощность электроприемника в данной линии (графа 5) [кВт]

При n_э> n берется n_э= n

По таблице по значениям n_э и Ки определяется коэффициент максимума Км (графа 11).

Максимальная активная и реактивная мощности определяется по формулам:

Рм=Км·?Рсм (графа 12)

где: Км - коэффициент максимума

?Рсм - суммарная сменная мощность [кВт]

Qм=Км·?Qсм (графа 13)

где: ?Qсм - суммарная сменная реактивная мощность [кВА

Далее определяется полная или кажущая мощность по формуле:

Sм=vРм²+Qм² (графа 14)

Максимальная ток в линии или по цеху определяется по формуле:

Iм=Sм/(v3·Uн) (графа15)

Питающая линия 1

Электроприемники группы А: Ки=0,05- №1(1), Их общее количество 1. Р_н=36 кВт

Электроприемники группы Б: Ки=0,4- №2, №3,Их общее количество 2. Рн= 2·3,2=6,4кВт.

Электроприемники группы В: Ки=0,12- № 6,7,8. Их общее количество 3. Рн=2+2·2,2=6,4кВт.

Электроприемники группы Г: Ки=0,17- №9,10,11-14,15-20. Их общее количество12 .

Рн=2·10+4·13+6·3=90 кВт.

Кол-во электроприемников по линии 18 шт.

Определяем активную и реактивную мощность смены по каждой группе электроприемников.

Рсм_А=Ки_А·Рн_А=0,05·36=1,8 кВт.

Qсм_А=Рсм_А·tgц_А=1,8·1,73=1,298кВАр.

Рсм_Б=Ки_Б·Рн_Б=0,4·6,4=2,56кВт.

Qсм_Б=Рсм_Б·tgц_Б=2,56·1,37=3,5кВАр.

Рсм_В=Ки_В·Рн_В=0,12·6,4=0,768кВт.

Qсм_В=Рсм_В·tgц_В=0,768·2,35=1,8кВАр.

Рсм_Г=Ки_Г·Рн_Г=0,17·90=15,3кВт.

Qсм_Г=Рсм_Г·tgц_Г=15,3·1,15=17,5кВАр.

Всего по линии 1:

Определяем отношение

m=Pmax/Pmin=36/2=18

?Рсм₁=Рсм_А+Рсм_Б+Рсм_В+Рсм_Г=1,8+2,56+0,768+15,3=20,4кВт.

?Qсм₁=Qсм_А+Qсм_Б+Qсм_В+Qсм_Г=1,298+3,5+1,8+17,5=25,9кВАр.

?Рн=36+6,4+6,4+90=138,8кВт.

Находим Ки_ср по линии 1:

Ки_ср=?Рсм/?Рн=20,4/138,8=0,14

Определяем среднее значение tgц_ср:

tgц_ср= ?Qсм/ ?Рсм=25,9/20,4=1,26

Затем определяем cosц_ср, при tgц_ср=1,26 cosц_ср=0,61

Находим эффективное число электроприемников nэ по 2 способу при n>5 и Ки<0,2:

n_*= n₁/ n=1/18=0,05

Р= Рн₁/ Рн=36/138,8=0,25

n_э= n_*э· n=0,51·18=9 станков

По значениям Ки=0,14 и nэ=9 находим коэффициент максимума Км. Он будет равен Км=2,2.

Затем рассчитываем активную и реактивную мощности:

Рм=Км·?Рсм=2,2·20,4=44,88кВт.

Qм=Км·?Qсм=2,2·25,9=56,98 кВАр.

Далее находим полную мощность:

Sм=vРм²+Qм² =v44,88²+56,98²=72,5 кВА.

Далее находим максимальный ток:

Iм=Sм/(v3·Uн)=72,5 /(v3·0,38)=110,2А.

Питающая линия 2

Электроприемники группы А: Ки=0,05- №21. Их общее количество 1. Рн=36кВт.

Электроприемники группы Б: Ки=0,4- №22, №23,Их общее количество 2. Рн = 2·3,2=6,4кВт.

Электроприемники группы В: Ки=0,12-№24-28(1). Их общее количество 5. Рн=2·7+2·2,2+2=18,2 кВт.

Электроприемники группы Г: Ки=0,17 - №29,30,33-37. Их общее количество 1. Рн=5·3+2·10=35 кВт.

Электроприемники группы Д: Ки=0,16 - №31,32,38-40. Их общее количество 5. Рн=3·75+2·10=245кВт.

Электроприемники группы Е: Ки=0,1 - №41 Их общее количество 1

Рн=5кВт.

Рсм_А=Ки_А·Рн_А=0,05·36=1,8 кВт.

Qсм_А=Рсм_А·tgц_А=1,8·1,73=1,298кВАр.

Рсм_Б=Ки_Б·Рн_Б=0,4·6,4=2,56кВт.

Qсм_Б=Рсм_Б·tgц_Б=2,56·1,37=3,5кВАр.

Рсм_В=Ки_В·Рн_В=0,12·18,2=2,184кВт.

Qсм_В=Рсм_В·tgц_В=2,184·2,35=5,1324кВАр.

Рсм_Г=Ки_Г·Рн_Г=0,17·35=5,95кВт.

Qсм_Г=Рсм_Г·tgц_Г=5,95·1,15=6,84 кВАр.

Рсм_Д=Ки_Д·Рн_Д=0,16·245=39,2кВт.

Qсм_Д=Рсм_Д·tgц_Д=39,2·1,73=67,8кВАр.

Рсм_Е=Ки_Е·Рн_Е=0,1·5=0,5кВт.

Qсм_Е=Рсм_Е·tgц_Е=0,5·1,73=0,865 кВАр

Всего по линии 2:

Определяем отношение m=Pmax/Pmin=75/2=37,5

?Рсм₂=Рсм_А+Рсм_Б+Рсм_В+Рсм_Г+Рсм_Д+Рсм_Е =1,8+2,56+2,184+5,95+39,2+0,5 = 52,1 кВт.

?Qсм₂=Qсм_А+Qсм_Б+Qсм_В+Qсм_Г+Qсм_Д+Qсм_Е =3,1+3,5+5,13+6,8+67,8+0,86= 87,1 кВАр.

?Рн=12,5+65,8+7,5+5=90,8кВт.

Находим Ки_ср по линии 2:

Ки_ср=?Рсм/?Рн=52,1/345,6=0,15

Определяем среднее значение tgц_ср:

tgц_ср= ?Qсм/ ?Рсм=87,1/52.1=1,67

Затем определяем cosц_ср, при tgц_ср=1,67 cosц_ср=0,51

Находим эффективное число электроприемников nэ по 2 способу при n>5 и Ки<0,2:

n_*= n₁/ n=3/21=0,14

Р_*= Рн₁/ Рн=225/345,6=0,65

n_э= n_*э· n=0,32·21=7 станков.

По значениям Ки=0,15 и nэ=7 находим коэффициент максимума Км. Он будет равен Км=2,48.

Затем рассчитываем активную и реактивную мощности:

Рм=Км·?Рсм=2,48·52,1=129,2кВт.

Qм=Км·?Qсм=2,48·87,1=216кВАр.

Далее находим полную мощность:

Sм=vРм²+Qм² =v129,2²+216=251,69кВА.

Далее находим максимальный ток:

Iм=Sм/(v3·Uн)=251,6/(v3·0,38)=382,8А.

Питающая линия 3 (РП1)

Электроприемники группы А: Ки=0,65- №42, №43.

Их общее количество 2.

Рн=2·4,5=9 кВт.

Рсм_А=Ки_А·Рн_А=0,65·9=5,85 кВт.

Qсм_А=Рсм_А·tgц_А=5,85·0,73=4,27кВАр.

Всего по линии 3:

Определяем отношение

m=Pmax/Pmin=4,5/4,5=1

Находим Ки_ср по линии 3:

Ки_ср=?Рсм/?Рн=5,85/9=0,65

Определяем среднее значение tgц_ср:

tgц_ср= ?Qсм/ ?Рсм=4,27/5,85=0,73

Затем определяем cosц_ср, при tgц_ср=0,73 cosц_ср=0,8.

Эффективное число электроприемников nэ по1 способу не определяют.

По значениям Ки находим коэффициент максимума Км. Он будет равен Км=1,46.

Затем рассчитываем активную и реактивную мощности:

Рм=Км·?Рсм=1,46·5,85=8,54 кВт.

Qм=Км·?Qсм=1,46·4,27=6,23 кВАр.

Далее находим полную мощность:

Sм=vРм²+Qм² =v8,54²+6,23²=10,57кВА.

Далее находим максимальный ток:

Iм=Sм/(v3·Uн)=10,57/(v3·0,38)=16,07А.

Всего по цеху: Количество электроприемников равно 41. Определяем отношение,5

m=Pmax/Pmin=75/2=37

?Рсм=Рсм₁+Рсм₂+Рсм₃=20,4+52,1+5,85=78,35кВт

?Qсм=Qсм₁+Qсм₂+Qсм₃ =25,9+87,1+4,27= 117,27кВАр.

?Рн=138,8+345,6+9=493,4 кВт.

Находим Ки_ср по цеху:

Ки_ср=?Рсм/?Рн=78,35/493,4=0,16

Определяем среднее значение tgц_ср:

tgц_ср= ?Qсм/ ?Рсм=117,27/78,35=1,49

Затем определяем cosц_ср, при tgц_ср=1,49 cosц_ср=0,55

Находим эффективное число электроприемников nэ по 2 способу при n>5 и Ки<0,2:

n_*= n₁/ n=3/41=0,07

Р_*= Рн₁/ Рн=225/493,4=0,45

n_э= n_*э· n=0,26·41=10 станков

По значениям Ки=0,16 и nэ=10 находим коэффициент максимума Км. Он будет равен Км=2,1.

Затем рассчитываем активную и реактивную мощности:

Рм=Км·?Рсм=2,1·78,35=164,5 кВт.

Qм=Км·?Qсм=2,1·117,2=246,12кВАр.

Далее находим полную мощность:

Sм=vРм²+Qм² =v164,5 ²+246,12²=296кВА.

Далее находим максимальный ток:

Iм=Sм/(v3·Uн)=296/(v3·0,38)=450А.

2.2 Расчет мощности и числа трансформаторов

Число трансформаторов определяем в зависимости от категории потребителей. Обычно:

• Для 1 категории- 2 трансформатора (можно и 1, но обязательно АВР на стороне НН);

• Для 2 категории- 1 трансформатор при наличии складского резерва;

• Для 3 категории- 1 трансформатор

Мощность трансформаторов цеховой подстанции Sтр находится по формуле:

Sтр=Kр·Sм [кВА]

где: Kр - коэффициент возможного расширения производства, который берется в пределах 1,1-1,4.

Sм - расчетная максимальная мощность цеха [кВА]

Далее по каталогу выбираем необходимые трансформаторы для двух вариантов, их технические данные выписываем в таблицу.

Для технического сравнения двух вариантов, определяют приведенные потери в трансформаторах:

?Р'=?Рх.х +Кп·?Qх.х.+Кз²· (?Рк.з.+Кп·?Qк.з.) [кВт]

где: Кп - коэффициент потерь. Для цеховых подстанций принимается Кп=0,12.

Кз - коэффициент загрузки.

?Рх.х.и ?Рк.з. - потери при Х.Х. и К.З. [кВт]

Кз=Sм/Sн

где: Sм - расчетная нагрузка на трансформатор[кВА]

Sн - номинальная мощность трансформатора[кВА]

Потери реактивной мощности при холостом ходе:

?Qх.х.= Sн·Iх.х.%/100% [кВАр]

где: Iх.х.% - ток холостого хода в %.

Потери реактивной мощности при нагрузке:

?Qк.з.= Sн·Uк.з.%/100%[кВАр]

где: Uк.з.% - напряжение короткого замыкания в %.

Примечание: в варианте с двумя трансформаторами:

?Р'=2?Рх.х.+Кп·2?Qх.х.+Кз²·(2?Рк.з.+Кп·2?Qк.з.) [кВт]

и здесь

Кз= Sм/2 Sн

Определяем годовые потери электроэнергии для каждого варианта:

?W_R=?Р'·Tв [кВт·ч]

где: Tв - время включения трансформатора в сеть в году [часы]

Определяем стоимость потерь для каждого варианта:

С=с·?W_R [руб.]

где: с - стоимость 1 кВт·ч электроэнергии в рублях. Принимается с=6.23 руб/кВт.

Капитальные затраты определяем ориентировочно по формуле:

К=1,23·Стр [руб.]

где: Стр - стоимость трансформатора [руб.]

1,23 - коэффициент, учитывающий стоимость монтажа, транспортировки и т.п.

Выбирается вариант с меньшим С и К. Если же по одному варианту С меньше, а К больше, определяем срок окупаемости по формуле:

Т=(К₂-К₁)/(С₁-С₂) [лет]

где: К₁иК₂- капитальные затраты по 1 и 2 варианту [руб.].

С₁иС₂- стоимость потерь по 1 и 2 варианту [руб.].

Если Т=8 лет- оба варианта равноценны.

Т>8 лет- выбираем вариант с меньшим К.

Т<8 лет- выбираем вариант с большим С.

Расчет

Sтр=Kр·Sм=1,2·296=355,2 кВА

Таблица 3. «Сравнительные характеристики трансформаторов».

Вариант	Тип тр-ра	Кол-во шт.	Iх.х. %	Uк.з. %	Потери, кВт	Стоимость
					?Рх.х.	?Рк.з.
1	ТМ 400/10	1	2,1	4,5	0,92	5,5	1100000
2	ТМ 160/10	3	2,4	4,5	0,46	2,65	550000

?Р'₁=?Рх.х.₁+Кп·?Qх.х.₁+Кз²·(?Рк.з.₁+Кп·?Qк.з.₁)

?Qх.х.₁= Sн·Iх.х.%/100%=400·2,1/100=8,4кВАр

?Qк.з.₁= Sн·Uк.з.%/100%=400·4,5/100=18кВАр

Кз=Sм/Sн=296/400=0,74

?Р'₁=0,92+0,12·8,4+0,74²·(5,5+0,12·18)=6,1 кВт

?Р'₂=3?Рх.х.₂+Кп·3?Qх.х.₂+Кз²v(3?Рк.з.₂+Кп·3?Qк.з.₂)

?Qх.х.₁= Sн·Iх.х.%/100%=160·2,4/100=3,84кВАр

?Qк.з.₁= Sн·Uк.з.%/100%=160·4,5/100=7,2кВАр

Кз =Sм/Sн=296/(3·160)=0,61

?Р'₂=3·0,46+0,12·3·3,84+0,61²·(3·2,65+0,12·3·7,2)= 6,68кВт

?W_R1=?Р'₁·Тв=6,1·3200=19520 кВт*ч

?W_R2=?Р'₂·Тв=6,68·3200=21384,5кВт*ч

С₁=с·?W_R1=2,5·19520=48800 руб.

С₂=с·?W_R2=2,5·21384,5=53461,4 руб.

К₁=1,23·Стр₁=1,23·1100000=1353000 руб.

К₂=1,23·Стр₂=1,23·550000·3=2029500 руб.

Берется вариант с меньшим С и меньшим К, т.е. выбираем 1-й вариант трансформатор типа ТМ 400/10.

Трансформатор силовой трехфазный с естественной циркуляцией масла номинальной мощностью 400 кВА напряжением с высокой стороны 10кВ.

2.3 Расчет силовой сети

В расчет силовой сети входят:

-Выбор марки и сечения кабеля от заводской подстанции до цеховой с проверкой на нагрев и потерю напряжения.

-Выбор марки и сечения кабелей или шинопроводов по цеху с проверкой на нагрев и потерю напряжения.

Рис. 1

Для выбора кабеля с высокой стороны (от заводской подстанции до цеховой) определяется номинальный рабочий ток цехового трансформатора:

Iр=Sн/(v3·Uвн) [А]

где: Sн- номинальная мощность выбранного трансформатора [кВА]

Uвн - напряжение трансформатора с высокой стороны [кВ]

Затем определяется экономическое сечение кабеля по формуле:

Sэк=Iр/jэк [мм²]

где: jэк - экономическая плотность тока[А/мм²].

Берется из таблиц по числу часов использования максимума нагрузки Тм, которое дается в задании: Для алюминиевого кабеля при:

Тм=1000-3000jэк=1,6 А/мм²

Тм=3000-5000jэк=1,4 А/мм²

Тм=5000 и вышеjэк=1,2 А/мм²

В зависимости от условий прокладки (обычно в земле) выбирается марка кабеля.

По Sэк выбирается ближайшее стандартное сечение и выбранное сечение проверяется на нагрев и потерю напряжения.

По нагреву должно соблюдаться условие:

Iр?Iдоп

где: Iдоп - допустимый ток [A]

Потерю напряжения в кабеле находим по формуле:

?U%=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц) [%]

где: Iр - расчетный ток.

? - длина линии [км]

Uн- номинальное напряжение [В]

r_о и х_о - из таблицы или конспекта в зависимости от сечения

cosц - коэффициент мощности цеха (или линии). Определяется из таблицы 2 графа7

Должно соблюдаться условие:

?U%??U%доп

Экономическое сечение кабелей или шинопроводов по цеху определяем по формуле:

Sэк=Iм/(1,4·jэк) [мм²]

где: Iм- максимальный ток данной линии.

Таблица 2 графа15.

Выбирается ближайшее стандартное сечение и выбранное сечение проверяется на нагрев и потерю напряжения, для чего находим r_о, х_о и ? каждой линии. ?- определяем по плану цеха. Масштаб 1:200. Данные по кабелям и шинам сводим в таблицу 4.

Расчет

Определяем номинальный ток цехового трансформатора:

Iр=Sн/(v3·Uвн)=400/(1,73·10)=23,1А

Определяем экономическое сечение кабеля:

Sэк=Iр/jэк=23,1/1,4=16,5мм²

Sст=16мм²Iдоп=75А

Iр?Iдоп

23,1А?75А - условие выполняется

?U%=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц)= 1,73·100·23,1·0,7/10000··(2,08·0,55+0,07·0,82)=0, 99%

?U%??U%доп

0,99%<5%- условие выполняется

Выбираем кабель марки АСБ 3·16, проложенный в земле.

Питающая линия 1(шинопровод)

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=110,2/(1,4·1,4)=56,2мм²

Sст=15·3=45мм² Iдоп=165А

Iр?Iдоп

110,2<165А- условие выполняется

?U%=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц)= 1,73·100·110,2·0,03/380·(0,475·0,61+0,2·0,78)=0,66%

?U%??U%доп

0,66%<5%- условие выполняется

Выбираем шинопровод марки ШМА 15·3, проложенный в воздухе.

Питающая линия 2 (шинопровод)

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=382,8/(1,4·1,4)=195,3мм²

Iдоп=480А

Iр?Iдоп

382,8А<480А - условие выполняется

?U%=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц)= 1,73·100·382,8·0,042/380·(0,222·0,51+0,17·0,85)=1,88%

?U%??U%доп

1,88%<5%- условие выполняется

Выбираем шинопровод марки ШМА 40·4, проложенный в воздухе.

Питающая линия 3 (РП1)

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=16/(1,4·1,4)=8,1мм²

Iдоп=38А

Iр?Iдоп Sст=4мм

16А<38А - условие выполняется

?U%=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц)= 1,73·100·16·0,008/380·(8,35·0,8+0,1·0,58)=0,39%

?U%??U%доп

0,39%<5%- условие выполняется

Выбираем кабель АВВГ 4х4мм

Таблица 4 Расчет кабелей

Наименование	Марка	Sэк мм2	Sст мм2	Iр А	Доп.ток	rо Ом/км	хо Ом/км	? км
					з	в
От зав. до цех.	АСБ	16,5	16	23,1	75	-	2,08	0,07	0,7
Линия 1	ШМА	56,2	45	110,2	-	165	0,475	0,2	0,03
Линия 2	ШМА	195,3	160	382,8	-	480	0,222	0,17	0,042
Линия 3	АВВГ	8,1	16	16	-	38	8,35	0,1	0,008

2.4 Расчет ответвлений к станкам

Рассчитываем ответвление к самому дальнему станку (имеется в виду путь тока). Для этого находим расчетный ток двигателя:

Iр=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ) [A]

где: Р - мощность двигателя [Вт]

Uн - номинальное напряжение.

Cosц, ?_ДВ - коэффициент мощности и КПД в зависимости от мощности двигателя. Берем для ср. скорости 1500об/мин из таблицы.

Для данного тока по условиям нагрева выбираем стандартное сечение провода или кабеля для прокладки в трубе. Выбранное сечение проверяем на нагрев и на потерю напряжения, для чего находим r_o и х_о, длину ответвления ?. Далее для других станков и механизмов составляем таблицу.

Затем проверяем суммарную потерю напряжения в сети низкого напряжения от цеховой подстанции до самого удаленного электродвигателя.

Должно соблюдаться условие:

??U%??U%доп

?U%линии+?U%ответвл.? ?U%доп

Расчет ответвления к самому дальнему станку:

№37.

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=3000/(1,73·380·0,65·0,8)=6,7А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=6,7/(1,4·1,4)=3,4мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

Iр?Iдоп

6,7А?27А - условие выполняется.

?U%линии=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц)=1,73·100·6,7·0,042/380·(0,222·0,83+0,17·0,56)= 0,03%

?U%ответвл=v3·100·Iр·?/Uн·(r_о·cosц+х_о·sinц)= 1,73·100·6,7·0,006/380·(8,35·0,83+0,1·0,49)=0,12%

?U%линии+?U%ответвл.? ?U%доп

0,03%+0,12%?5%

0,15%<5%- условие выполняется.

Затем рассчитываем ответвления к остальным станкам:

№21, №1

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=36/(1,73·0,38·0,9·0,91)=66,86А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=66,86/(1,4·1,4)=34,11мм²

Sст=25мм² Iдоп=75А

№2, №3, №22, №23

Iм=Р/(v3·Uнvcosц·?_ДВ)=3,2/(1,73·0,38·0,84·0,84)=6,89А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=6,89/(1,4·1,4)=3,5мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№ 6, № 28

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=2/(1,73·0,38·0,83·0,8)=2,9А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=2,9/(1,4·1,4)=1,49мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№7, №8, №26, №27

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=2,2/(1,73·0,38·0,83·0,8)=5,03А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=5,03/(1,4·1,4)=2,57мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№9, №10, №29, №30

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=10/(1,73·0,38·0,87·0,875)=19,98А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)= 19,98/(1,4·1,4)=10,1мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№11, №12, №13, №14

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=13/(1,73·0,38·0,89·0,88)=25,2А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=25,2/(1,4·1,4)=12,8мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№15..№20

№33...№37

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=30/(1,73·0,38·0,82·0,83)=6,7А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=6,7/(1,4·1,4)=3,4мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№24, №25

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=7/(1,73·0,38·0,86·0,875)=14,15А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=14,45/(1,4·1,4)=7,2мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№31, №32

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=10/(1,73·0,38·0,87·0,875)=19,9А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=19,9/(1,4·1,2)=10,1мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№38, №39, №40

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=75 /(1,73·0,38·0,9·0,93)=136,3А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=136,3/(1,4·1,4)=69,5мм²

Sст=70мм² Iдоп=140А

№41

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=5 /(1,73·0,38·0,86·0,855)=10,34А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=10,34 /(1,4·1,4)=5,2 мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

№42, №43

Iм=Р/(v3·Uн·cosц·?_ДВ)=4,5 /(1,73·0,38·0,86·0,855)=9,3 А

Sэк=Iм/(1,4·jэк)=9,3/(1,4·1,4)=4,7мм²

Sст=4мм² Iдоп=27А

Выбор предохранителей.

№1, №21

Iр=Iн=66,86А

Iп=7·Iн=7·66,86=468А

Iвс=Iп/2,5=468/2.5=187,2А

№2, №3, №22, №23

Iн=6,89А

Iп=7·6,89=48,2А

Iвс=48,2/2,5=19,2А

№6, №28

Iн=2,9А

Iп=7·2,9=20,3А

Iвс=20,3/2,5=8,1А

№7, №8, №26, №27

Iн=5А

Iп=7·5=35А

Iвс=35/2,5=14А

№9,№10,№29,№30

Iн=19,98А

Iп=7·19,9=139,3А

Iвс=139,3/2,5=55,72А

№11,№12,№13,№14

Iн=25,2

Iп=7·25,2=176,4А

Iвс=176,4/2,5=70,56А

№15..№20

№33...№37

Iн=6,7А

Iп=7·6,7=46,9А

Iвс=46,9/2,5=18,76А

№24,№25

Iн=14,15А

Iп=7·14,15=99А

Iвс=99/2,5=39,6А

№31,№32

Iн=19,9А

Iп=7·19,9=139,3А

Iвс=139,3/2,5=55,7А

№38,№39,№40

Iн=136,3А

Iп=7·136,3=954,1А

Iвс=954,1/2,5=381,64А

№41

Iн=10,34А

Iп=7·10,34=72,38А

Iвс=72,38/2,5=28,95А

№42,№43

Iн=9,3А

Iп=7·9,3=65,1

Iвс=65,1/2,5=26А

Магнитные пускатели для каждого двигателя рассчитываем по расчетному току двигателя. Выбранный пускатель заносим в таблицу 5.

Для выбора автоматов пользуемся формулой:

Iрасц=1,25·Iп

№1,№21 Iрасц=1,25·Iп=1,25·468=585А

№2,№3,№22,№23 Iрасц=1,25·48,2=60,25А

№ 6,№28 Iрасц=1,25·20,3=25,3А

№7,№8,№26,№28 Iрасц=1,25·35=43,7А

№9,№10,№29,№30 Iрасц=1,25·139,3=174,1А

№31,№32 Iрасц=1,25·139,3=174,1А

№11,№12,№13,№ 14 Iрасц=1,25·176,4=220,5А

№15..№20

№33..№ 37 I расц=1,25·46,9=58,6А

№24,№25 Iрасц=1,25·99=123,75А

№38,№39,№40 Iрасц=1,25·954,1=1192,6А

№41 Iрасц=1,25·72,38=90,4А

№42,№43 Iрасц=1,25·65,1=81,3А

2.5 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов К.З. производится для выбора аппаратов и проводников. Для расчета токов К.З. на однолинейной схеме электроснабжения выбираются точки К.З. с таким расчетом, чтобы по величинам токов К.З. можно было выбрать и проверить всю аппаратуру с высокой и низкой стороны.



Рис. 2

Расчет токов К.З. ведем в последовательности:

• Вычерчиваем схему замещения с указанием точек К.З. На схеме обозначаем все активные и индуктивные сопротивления отдельных элементов.

• Задаемся базисной мощностью. Если дана мощность системы, то за базисное напряжение принимается напряжение той ступени, где находится напряжение увеличенное на 5%.

• Находим отдельные сопротивления, в отдельных единицах, приведенных к базисной мощности по формулам:

• Сопротивление кабельных и воздушных линий:

х=х_о·?·Sб/Uб²

r=r_o·Sб/Uб²

где: х_о и r_о- из таблицы 4 [Ом/км]

? - длина линии [км]

Sб - базисная мощность [МВА]

Uб - базисное напряжение [кВ]

• Сопротивление заводских трансформаторов и цеховых мощностью 630кВА и более (когда не учитывается):

х= х=Uк.з.%/100*Sб/Sн

где: Uк.з.% - из каталога в зависимости от мощности трансформатора.

Sн- номинальная мощность трансформатора [МВА]

• Сопротивление цеховых мощностью меньше 630кВА.

х=v (Uк.з.²-r_*²)* Sб/ Sн

Uк.з.= Uк.з.%/100

r_*=?Рм/ Sн

где ?Рм - потери в меди трансформатора [кВА]

Sн - номинальная мощность тр-ра [кВА]

r=r_*· Sб/ Sн

• Определяем базисный ток (для каждой точки К.З.)

Iб= Sб/(v3·Uб) [кА]

• Определяем результирующее сопротивление до каждой точки К.З. При этом активные и индуктивные сопротивления суммируем отдельно:

Если ?r<?x/3- то ?r не учитывается.

Если ?r>?x/3- то ?r учитывается и тогда определяется полное сопротивление:

Z=v ?х²+ ?r² [Ом]

• Находим токи и мощность К.З. для каждой точки.

• Начальное значение тока К.З:

I"=Iб/ ?хили I"=Iб/ Z [кА]

б) Ударный ток:

i_УД=Куд·v2· I" [кА]

в) Действующее значение ударного тока:

Iуд= I"·v1+2·(Куд-1)² [кА]

Значение ударного коэффициента Куд принимается:

На шинах электростанций - 1,9

На установках выше 1000В (когда r не учитывается) - 1,8

На установках выше 1000В

(когда r учитывается) - по графику в зависимости r/х

в пределах - 1,3-1,8

На низшей стороне трансформатора:

630-1000кВА - 1,3

100-400кВА - 1,2

г) Мощность тока К.З.

Sк.з.=v3· I"·Uн [МВА]

д) Установившийся ток К.З. определяют:

если ?х или Z>3, то принимается I"=I_К=I? [кА]

если ?х или Z<3, то принимается I?=К?· Iб [кА]

где: К?- кратность установившегося тока К.З. определяется по кривым или по таблице:

Таблица 5

Сопротивление до т. К.З.	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,5	2	2,5	3
Кратность тока К?	2,5	2,05	1,65	1,36	1,15	0,74	0,54	0,44	0,35

Данные по токам К.З. сводим в таблицу 6

Расчет За базисную мощность принимаем мощность системы:

Sб=Sс=190МВА

Определяем сопротивление:

Заводского трансформатора:

х₂=Uк.з.%/100·Sб/Sн=10,5/100·190/6,3=3,2

Кабельной линии:

х₃=х_о·?·Sб/Uб²=0,07·0,7·190/10,5²=0,08

r₃=r_o· Sб/Uб²=2,08·0,7·190/10,5²=2,51

Цехового трансформатора:

r_*=?Рм/ Sн=5,5/400=0,013

Uк.з.= Uк.з.%/100=4,5/100=0,045

х₄=v (Uк.з.²-r_*²)* Sб/ Sн=v(0,045²-0,013²)*190/0,4=20,46

r₄=r_*· Sб/ Sн=0,013·190/0,4=6,175

Определяем суммарное сопротивление для т.К₁

?х₁=х₁+х₂+х₃=1,4+3,2+0,08=4,68

?r₁= r₃=2,51

проверим ?r>?x/3 2,51>4,68/3

- активное сопротивление учитывается.

Z₁=v ?х²+ ?r² =v4,68²+2,51² =5,3

Находим токи К.З. для т.К₁.

Iб₁=Sб/(v3·Uб)=190/(1,73·10,5)=10,5кА

I"₁=Iб₁/ Z₁=10,5/5,3=2кА

?х₁/ ?r₁=4,68/2,51=1,86 Куд₁=1,15

i_УД1=Куд₁·v2· I"₁=1,15·2·1,41=3,2кА

Iуд₁= I"·v1+2·(Куд₁-1)²=2·v1+2·(1,15-1)²=2кА

Sк.з.₁=v3· I"·Uн=1,73·2·10=34,6МВА

Т.к ? Z₁?3, I=Iк=I”=2кА

Определяем суммарное сопротивление для т.К₂

?х₂=?х₁+х₄=4,68+20,46=25,14

?r₂=?r₁+r₄=2,51+6,175=8,68

проверим ?r>?x/3 8,68>25,14/3

- активное сопр. учитывается.

Z₂=v ?х²+ ?r² =v25,14²+8,68² =26,6

Находим токи К.З. для т.К₂.

Iб₂=Sб/(v3·Uб)=190/(1,73·0,4)=274,6кА

I"₂=Iб₂/ Z₂=274,6/26,6=10,32кА

?х₂/ ?r₂=24,15/8,68=2,78 Куд₂=1,34 (рис 3.2)

i_УД2=Куд₂·v2· I"₂=1,34·1,41·10,32=20кА

Iуд₂= I"₂·v1+2·(Куд-1)²=10,32·v1+2·(1,34-1)²=11,45кА

Sк.з.₂=v3· I"·Uн=1,73·10,32·0,38=6,78МВА

I"₂=I_К2=I?₂=10,32кА т.к. Z₂>3.

Таблица 6 Расчет токов КЗ

т.К.З.	Z	Iб, кА	I", кА	Куд	iУД, кА	Iуд, кА	I?, кА	Sк.з, МВА
К1	5,3	10,5	2	1,15	3,2	2	2	34,6
К2	26,6	274,6	10,32	1,34	20	11,45	10,32	6,78

2.6 Выбор и проверка аппаратуры и токоведущих частей с высокой и низкой стороны

Токоведущие части и все виды аппаратов, выбираемые для электроустановок - должны соответствовать условиям окружающей среды по месту их установки.

Номинальные параметры (ток, напряжение, мощность отключения и т.д.) должны соответствовать вычисленным максимальным величинам в нормальном режиме и в режиме К.З. Для масляных выключателей, выключателей нагрузки, разъединителей, предохранителей, рубильников и автоматов составляется таблицы.



Рис. 3

В выбор аппаратуры входят:

Выбор шин РУ.

Производится на стороне НН - при наличии РУ на подстанции. Т.к. длина шин незначительна, то шины выбираются по условиям нагрева и проверяются на механическую прочность при К.З.

В начале определяют ток трансформатора:

I=Sн/(v3·Uн) [A]

где: Sн - номинальная мощность цехового тр-ра [кВт]

Uн - номинальное напряжение.

Поэтому ток выбирается сечение шины. Для выбора сечения находят r_o и х_о.

Расчетная напряженность в металле шин с учетом токов К.З определяют по формуле:

Gрасч=1,76·10^-3·?²·iуд²/(а·W) [кг/см²]

где: iуд - ударный ток К.З. в данной точке (К₂) [кА]

? - длина пролета между креплениями [см]. Обычно ?=120-200см. Принимаем ?=150см.

а - расстояние между фазами. Принимается а=30см.

W - момент сопротивления шин [см³]. Определяется:

а) для шин, уложенных на ребро:

W=b²*h/6 [см³]

б) для шин, уложенных плашмя:

W=b·h²/6 [см³]

Должно соблюдаться условие: Gрасч<Gдоп

Для медных шин МТ - Gдоп=1400кг/см³

Для алюминиевых шин АТ - Gдоп=700кг/см³

Выбор изоляторов:

Производится при наличии шин в РУ. Изоляторы выбираются по Uн и проверяется на механическую прочность при К.З. Расчетная нагрузка на опорные изоляторы при К.З:

Fрасч=1,76·10^-2·?·iуд²/а [кг]

Должно соблюдаться условие: Fрасч?0,6·Fразр

где: Fразр - разрушающее усилие на изолятор при изгибе.

Проверка кабелей.

Кабели и шины, выбранные ранее (от заводской подстанции до цеховой) проверяются на термическую при К.З. Проверка производится по таблицам или по формуле:

Smin=I?/с·vtп [мм²]

где: I?- установившийся ток К.З. для данной точки (К₁)

с- коэф., принимаемый для алюминия- 85

tп- приведенное время, определяется по кривой в зависимости от действительного времени К.З. t (по заданию) и в", где в"=I"/ I?

Должно соблюдаться условие: Smin? S

где: S- ранее выбранное сечение кабеля

Если условие не соблюдается, то следует увеличить сечение. Также можно уменьшить время К.З., т.е. применить выключатели и защиту с меньшим временем срабатывания.

Выбор разъединителей.

Разъединители выбираются по каталогу по месту установки. Должны соблюдаться условия:

iуд?Iампл

Iуд?Iэфф

Выбор предохранителей В.В.

Выбираются по каталогу в зависимости от места установки.

Должны соблюдаться условия:

Iрасч?Iн

U?Uн

I"? Iоткл

Написать тип выбранного предохранителя.

Выбор автоматов.

Автоматы на линиях НН выбираются по току, напряжению и конструктивному исполнению. Условие:

Iрасц=1,25· Iн.

Затем заполняется таблица 9.

Расчет

Выбор шин РУ.

I=Sн/(v3·Uн)=400/(1,73·0,38)=608,45 А

Sст=50·5=250 Iдоп=665А

Gрасч=1,76·10^-3·?²·iуд²/(а·W)=1,76·10^-3·150²·20²/(30·2,08)=253,8кг/см³

W=b·h²/6=0,5·5²/6=2,08см³

Gрасч<Gдоп

253,8<700- условие соблюдается.

Выбор изоляторов.

Fрасч=1,76·10^-2·?·iуд²/а=1,76·10^-2·150·20²/30=35,2кг

Fрасч?0,6·Fразр

35,2<0,6·375

35,2<225- условие соблюдается.

Выбираем изолятор типа ОФ-1-375

Проверка кабелей.

в"=I"/ I?=2/2=1

t=0,3 tп=0,3 (по графику)

Smin=I?/с·vtп =2000/95·v0,3=11,5мм²

Smin? S

11,5<16- условие соблюдается.

Выбор разъединителей.

Таблица 7 Выбор разъединителей

Условие	Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение
iуд?Iампл, кА	3,2	50	3,2<50
Iуд?Iэфф, кА	2	29	2<29

Выбираем разъединитель типа РВ 10/400( Разьединитель внутренней установки, с номинальным напряжением 10кВ, номинальным током 400А.)

Выбор высоковольтных предохранителей.

Таблица 8 Выбор высоковольтных предохранителей.

Условие	Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение
Iрасч?Iн, А	23,1	30	23,1<30
U?Uн, кВ	10	10	10=10
I"? Iоткл, кА	2	12	2<12

Выбираем предохранитель типа ПК-10-30(Предохранитель кварцевый с номинальным напряжением 10 кВ , номинальным током 30А.)

Выбор автоматов.

Таблица 9 Выбор автоматов.

№ линии	Ток линии	Тип автомата	Ном.ток Авт.	Ток сраб. Тепл расц.	Сравнение
1	110,2	ВА51Г-33	160	125	110.2<125
2	382,8	ВА51Г-37	400	400	382,8<400
3	16	ВА51Г-25	25	16	16<16
По цеху	450	ВА51-39	630	500	450<500

Таблица 10. Выбор распределительных пунктов

№СП	ТИП	Число групп и ном токи предохранителей
1	СП-62-1/1	5*60

2.7 Выбор компенсирующих устройств

В качестве компенсирующих устройств рекомендуется брать статические конденсаторы. Расчет производится в следующей последовательности:

Необходимая мощность конденсаторов определяется по формуле:

Qк=б·Рм·(tgц₁- tgц₂)

где б - коэф., равный 0,9, учитывающий возможность повышения естественного cosц.

Рм - расчетная активная мощность цеха [кВт].

tgц₁ - соответствует cosц₁ до компенсации.

tgц₂ - соответствует cosц₂ после компенсации.

Принять cosц₂=0,92-0,95.

Для разряда при отключении статические конденсаторы должны ...