Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Общая часть проекта
• 1.1 Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения
• 1.2 Определение величины питающего напряжения
• 1.3 Основание выбора электроснабжения
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Выбор электродвигателей пусковой и защитной аппаратуры
• 2.2 Расчет электрических нагрузок
• 2.3 Компенсация реактивной мощности
• 2.4 Выбор варианта электроснабжения: числа и мощности трансформаторов на подстанции
• 2.5 Определение центра электрических нагрузок
• 2.6 Расчет и выбор магистральных и распределительных сетей
• 2.7 Расчет токов короткого замыкания
• 2.8 Выбор электрооборудования для подстанции
• 2.9 Расчет заземляющих устройств
• 2.10 Расчет молниезащиты подстанции
• Заключение
• Список литературы
• Введение
• Электроэнергетика занимается производством и передачей электроэнергии и является важнейшей базовой отраслью промышленности России. От уровня ее развития зависит все народное хозяйство страны.
• Представить сегодня нашу жизнь без электрической энергетики невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Немыслим без электроэнергии и наш быт.
• В народном хозяйстве электрическая энергия применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах.
• К системам электроснабжения промышленных предприятий предъявляют следующие требования: система не должна иметь много ступеней, сети, по которым осуществляется питание, не должны быть длинными, а способы их прокладки должны быть максимально простыми. Кроме того, система должна иметь возможность перспективного внедрения нового оборудования, то есть быть масштабируемой.
• Сеть на производствах, которые имеют параллельные технологические потоки, должна быть организована так, чтобы при отключении одного элемента сети (в случае аварии, или с целью ремонта) отключались только те механизмы, которые относятся к данному потоку. Другие технологические потоки при этом должны оставаться в рабочем состоянии.
• Тема данной работы - электроснабжение слесарного участка цеха очистных сооружений водоканала.
• Актуальность работы заключается в том, что вопрос обеспечения надежного электроснабжения для любого подобной деятельности предприятия, играет очень важную роль для его функционирования.
• Данная работа будет способствовать закреплению теории по проектированию электроснабжения промышленных предприятий, а методы, рассмотренные в данной работе можно применять на практике в процессе трудовой деятельности.
• Предмет исследования в данной работе - электроснабжение слесарного участка цеха очистных сооружений водоканала.
• Цель исследования заключается в анализе потребителей и разработке электроснабжения слесарного участка цеха очистных сооружений водоканала, а также разработке мероприятий по увеличению надежности электроснабжения в условиях его эксплуатации.
• При проектировании электроснабжения слесарного участка цеха очистных сооружений водоканала необходимо в процессе выполнения работы рассмотреть следующие вопросы:
• - определить электрические нагрузки по группам приемников и цеху в целом;
• - выбрать рациональное напряжение питающей сети;
• - выбрать число, мощность и тип силовых трансформаторов подстанций;
• - рассмотреть вопросы компенсации реактивной мощности;
• - выбрать схемы электроснабжения предприятия;
• - выбрать сечения проводников сетей до и выше 1000В;
• - рассмотреть вопрос организации защитного заземления и молниезащиты.
• Теоретическая значимость данной работы заключается в усвоении теории проектирования электроснабжения предприятий.
• Практическая ценность работы заключается в том, что методы, рассмотренные в данной работе, могут быть применены на практике при решении технических вопросов при проектировании электроснабжения производственных предприятий.
• 1. Общая часть проекта
• 1.1 Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения
• Слесарный участок цеха очистных сооружений водоканала - это самостоятельное производственное подразделение цеха, которое располагается в отдельно стоящем здании и оснащено верстаками, инструментом, основным и вспомогательным оборудованием.
• Слесарный участок цеха представляет собой прямоугольное здание с размерами помещения 7х7+3х7+3х3 м, высота помещения 3,5 м.
• Помещение имеет один этаж, на котором находится технологическое оборудование. Основные стены кирпичные, вспомогательные помещения отгорожены кирпичными перегородками. Пол бетонный.
• Освещение слесарного участка цеха - искусственное, люминесцентных ламп. Лампы накаливания небольшой мощности используются только в пожарных светильниках для обозначения мест расположения пожарных кранов.
• По правилам противопожарной безопасности слесарный участок цеха относится к категории В (пожароопасные помещения) поскольку в нем находится некие материалы, что по своей природе не являются легковоспламеняющимися или взрывоопасными, имеют температуру вспышки более 28°С и способны гореть только при наличии воздуха и открытого огня. Цех имеет пожароопасную зону класса П-IIa, так как в пространстве помещения, загроможденного электрооборудованием, находятся твердые горючие материалы. Температура в рабочей зоне производственных помещений в холодный и в теплый период находится в области плюс 20°С.
• Все приемники электроэнергии слесарного участка цеха можно разделить на две группы:
• 1) приемники, основным элементом которых является электропривод (токарные, вертикально-фрезерные, заточные, сверлильные станки, вентилятор);
• 2) Осветительная нагрузка.
• Параметры основных электроприемников слесарного участка цеха показаны в таблице 1.
• Таблица 1 - Параметры электроприемников слесарного участка цеха

№ п/п	Наименование ЭП	Рн, кВт	Кол., шт	ПВ,%	cos	tg	Ки
1	Токарно -винторезный станок 1М63	15	1	100	0,5	1,73	0,14
2	Токарно -винторезный станок 1К62Б	10	1	100	0,5	1,73	0,14
3	Вертикально -фрезерный станок 6В11	6,6	1	100	0,5	1,73	0,14
4	Точильно -шлифовальный станок 3К634	4	1	100	0,5	1,73	0,14
5	Точильно-шлифовальный станок 3Б634	5,3	1	100	0,5	1,73	0,14
6	Вертикально -сверлильный станок НС-12	0,65	1	100	0,5	1,73	0,14
7	Вертикально -сверлильный станок 2Н118	1,5	1	100	0,5	1,73	0,14
8	Вентилятор	2,2	1	100	0,81	0,72	0,8

• Согласно ПУЭ все электроприемники разделяются по электроснабжению на три категории.
• В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории.
• Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
• Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
• Электроприемники второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
• Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.
• Исходя из вышеперечисленных определений, очистные сооружения водоканала относятся к первой категории, так как перерыв электроснабжения может повлечь за собой нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Перерыв в электроснабжении допускается на время автоматического включения резервного источника питания.
• Слесарный участок цеха очистных сооружений водоканала является вспомогательным цехом предприятия и выполняет ремонт, восстановление, замену изношенных деталей и оборудования, установленного в сетях предприятия. Перерыв электроснабжения слесарного участка цеха может повлиять на время ремонта, восстановления, замены изношенных деталей и оборудования, установленного в сетях предприятия, что в свою очередь может привести к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских жителей. Исходя из вышеперечисленных определений слесарный участок цеха очистных сооружений водоканала относится к второй категории надежности электроснабжения. Перерыв электроснабжения допускается на время необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригадой.
• 1.2 Определение величины питающего напряжения
• Выбор величины питающего напряжения в основном определяется существующими конфигурациями сетей и номиналами напряжений их источников. В основном источниками питания являются районные подстанции с первичным напряжением 35 кВ и выше, и вторичным напряжением 6-10 кВ.
• Напряжение 10 кВ применяют для внутризаводского распределения энергии:
• - на крупных предприятиях с наличием двигателей, допускающих непосредственное присоединение к сети 10 кВ;
• - на предприятиях небольшой и средней мощности при отсутствии или незначительном числе двигателей, которые могут быть присоединены непосредственно к сети 6 кВ;
• - при наличии районной подстанции с напряжением 10 кВ.
• Напряжение 6 кВ применяют:
• - при наличии на предприятии значительного количества электроприемников на это напряжение;
• - при наличии районной подстанции на напряжение 6 кВ;
• - на реконструируемых предприятиях, имеющих напряжение 6 кВ.
• Для внутрицеховой системы электроснабжения используется напряжение 380 и 660В.
• Напряжение 380 В применяют для питания силовых общепромышленных электроприемников.
• Напряжение 660 В рекомендуется для применения, если по условиям генплана, технологии и окружающей среды не могут быть осуществлены в должной мере глубокие вводы, дробление цеховых подстанций и приближение их к центрам питаемых ими групп электроприемников, и в связи с этим имеют место протяженные и разветвленные сети до 1000 В, а также при крупных концентрированных нагрузках.
• Целесообразность применения напряжения 660 В должна обосновываться технико-экономическими сравнениями с напряжением 380/220 В с учетом перспективного развития предприятия, удешевления электродвигателей 660 В и лучшего их КПД по сравнению с электродвигателями 6 кВ, а также с учетом уменьшения потерь электроэнергии в сети 660 В по сравнению с сетью 380 В.
• Для осветительных установок преимущественно применяют осветительные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением 380/220 В.
• Сети с изолированной нейтралью напряжением 220 В и ниже используют, в основном, в специальных электроустановках при повышенных требованиях к электробезопасности.
• Постоянный ток применяется для резервного питания особо ответственных осветительных приемников и в специальных электроустановках.
• При напряжении силовых приемников 380 В питание освещения, как правило, осуществляют от трансформаторов 380/220 В, общих для силовой и осветительной нагрузок.
• Исходя из вышеперечисленных требований устанавливаем напряжение для участка 380/220 В для силовой и осветительной сети. Питание осуществляется от подстанции 6/0,4 кВ предприятия, которая в свою очередь получает питание от районной понизительной подстанции 110/35/6 кВ.

1.3 Основание выбора электроснабжения

Схема электроснабжения предприятия в целом определяется по высшей категории надежности электроснабжения, которая присутствует на предприятии - по первой категории. Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Схема электроснабжения слесарного участка цеха определяется, в частности, категорией надежности электроснабжения самого цеха, а именно второй категорией.

Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

напряжение электродвигатель ток мощность

2. Расчетная часть

2.1 Выбор электродвигателей пусковой и защитной аппаратуры

Токарные станки. Мощность двигателя для токарных станков можно подсчитать по формуле

(1)

где - усиления резания, кГ;

- скорость резания, м/сек;

- КПД станка.

Произведем выбор электродвигателя главного привода для токарно-винторезного станка 1М63:

Принимаем к установке двигатель 4АМ160S4 мощностью 15 кВт. Расчет для остальных металлообрабатывающих станков производим аналогично, результаты сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Выбор электродвигателей для металлообрабатывающих станков

Наименование ЭП	Fр, кГ	Vр, м/с	з	Рр, кВт	Тип электродвигателя	Рд, кВт
Токарно-винторезный станок 1М63	1000	82	0,95	14,10	4АМ160S4	15
Токарно-винторезный станок 1К62Б	500	84	0,95	7,22	4АМ132S4	7,5
Вертикально-фрезерный станок 6В11	380	84	0,95	5,49	4АМ112М4	5,5
Точильно-шлифовальный станок 3К634	770	30	0,95	3,97	4АМ100L4	4
Точильно-шлифовальный станок 3Б634	770	30	0,95	3,97	4АМ100L4	4

Сверлильные станки. Мощность двигателя для сверлильных станков можно подсчитать по формуле

(2)

- двойной крутящий момент резания, кГм;

- число оборотов сверла в минуту;

- КПД станка.

Произведем выбор электродвигателя главного привода для вертикально-сверлильного станка НС-12:

Принимаем к установке двигатель 4АМ71А4, мощностью 0,55 кВт . Расчет для остальных сверлильных станков производим аналогично, результаты сводим в таблицу 3.

Таблица 3 - Выбор электродвигателей для сверлильных станков

Наименование ЭП	2Мр	n	з	Рр	Тип электродвигателя	Рд
Вертикально-сверлильный станок НС-12	0,7	1400	0,95	0,53	4АМ71А4	0,55
Вертикально-сверлильный станок 2Н118	1,9	1400	0,95	1,44	4АМ80В4	1,5

Мощность (кВт) электродвигателя вентилятора определяют по формуле

(3)

Где Q - производительность вентилятора, мі/с;

Н - давление, Па;

з₁- кпд вентилятора определяют по каталогу.

Однако при отсутствии данных в среднем можно принимать для осевых вентиляторов з₁= 0,5 ч 0.85 и для центробежныхз₁= 0.4 ч 0.7; з₂-- кпд передачи: з₂= 0.92 ч 0.94 -- для клиноременной;з₂= 0.87 ч 0.9 -- для плоскоременной.

Принимаем к установке двигатель 4АМ80В2, мощностью 2,2 кВт.

Далее произведем выбор пусковой и защитной аппаратуры для каждого из выбранных двигателей.

Выбор магнитных пускателей осуществляется исходя из условий:

- номинальный ток пускателя должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя:

(4)

- номинальное напряжение, а также его тип (постоянное/переменное) катушки пускателя должно быть равно напряжению схемы управления в которой его применяют:

(5)

Выбор тепловых реле осуществляется исходя из условий:

- ток уставки теплового реле должен быть больше в 1,25 раза номинального тока электродвигателя:

(6)

Выполним выбор пусковой и защитной аппаратуры для двигателя 4АМ160S4 мощностью 15 кВт, токарно-винторезного станка 1М63, схема управления 220 В переменного напряжения.

Номинальный ток электродвигателя:

, (7)

Принимаем к установке магнитный пускатель КМИ 23210 32 А 230 В/АС.

Ток уставки теплового реле:

РТЛ-2055-Д2 с номинальным током уставки 33 А.

Выбор пусковой и защитной аппаратуры для остальных двигателей производим аналогично результаты сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Выбор пусковой и защитной аппаратуры для двигателей

Наименование ЭП	Тип ЭД	Рд	Iд. ном	Тип контактора	Iном. конт	Iном. ТР	Тип ТР	Iном. уст ТР
Токарно-винторезный станок 1М63	4АМ160S4	15	25,93	КМИ 23210	32	32,41	РТЛ-2055-Д2	33
Токарно-винторезный станок 1К62Б	4АМ132S4	7,5	12,96	КМИ 11811	18	16,21	РТЛ-1021-2	17
Вертикально-фрезерный станок 6В11	4АМ112М4	5,5	9,51	КМИ 11211	12	11,88	РТЛ-1016-2	12
Точильно-шлифовальный станок 3К634	4АМ100L4	4	6,91	КМИ 10911	9	8,64	РТЛ-1014-2	9
Точильно-шлифовальный станок 3Б634	4АМ100L4	4	6,91	КМИ 10911	9	8,64	РТЛ-1014-2	9
Вертикально-сверлильный станок НС-12	4АМ71А4	0,55	0,95	КМИ 10911	9	1,19	РТЛ-1006-2	1,2
Вертикально-сверлильный станок 2Н118	4АМ80В4	1,5	2,59	КМИ 10911	9	3,24	РТЛ-1008-2	4
Вентилятор	4АМ80В2	2,2	3,80	КМИ 10911	9	4,75	РТЛ-1010-2	5

2.2 Расчет электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок выполняем методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума) который показан в РТМ 36.18.32.4-92.

Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Pр, Qр, Sр) расчетных нагрузок группы электроприемников (ЭП). Для этого электроприемники делятся на группы с переменным (группа А) и практически постоянным графиком нагрузок (группа Б) в пределах расчетного узла.

К ЭП с постоянным графиком нагрузки могут быть отнесены такие, у которых коэффициент использования к_и ? 0,6, коэффициент включения к_вкл=1 и коэффициент заполнения суточного графика к_зап ? 0,9 (компрессоры, вентиляторы и т.п.). Для них максимальная расчетная нагрузка принимается равной средней мощности за наиболее загруженную смену:

Р_р= Р_см = к_и· Р_ном (8)

Q_р = Q_см = Р_см · tgц (9)

(10)

где Рр , Qр , Sр - максимальные активная, реактивная и полная нагрузки;

Рсм ; Qсм - средняя активная и реактивная мощности всей группы ЭП за наиболее нагруженную смену; к_и - коэффициент использования электро-приемников, определяется на основании опыта эксплуатации (справочные данные [1]); tg - коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному cosц (справочные данные [1]).

Для вентилятора:

Р_р= Р_см = 0,8· 2,2=1,76 кВт

Q_р = Q_см = 1,76 · 0,72=1,27 квар

Максимальные расчетные нагрузка группы электроприемников с переменным графиком нагрузки (металообрабатывающие станки) определяются из выражений:

Р_р= Р_м = К_м· Р_см = К_м· К_и· Р_ном (11)

Q_р = Q_м = К'_м · Q_см = К'_м · Р_см · tg (12)

, (13)

где К_м - коэффициент максимума активной нагрузки (справочные данные [2],; К_м'- коэффициент максимума реактивной нагрузки: К'_м = 1,1 при n_э ? 10; К'_м = 1 при n_э > 10;

Р_ном - номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников;

Коэффициент максимума активной мощности К_м = f(К_и; n_э ) определяется по справочным данным [2] в зависимости от величины средневзвешенного коэффициента использования К_и.ср и эффективного числа электроприемников группы n_э.

Эффективное число электроприемников n _э по формуле:

. (14)

Принимаем эффективное число электроприемников n _э=5. Тогда коэффициент максимума активной мощности К_м =2,87.

Определяем максимальные расчетные нагрузки группы электроприемников с переменным графиком нагрузки (металообрабатывающие станки):

Р_р= Р_м = 2,87·0,14·43,05=17,30 кВт

Q_р = Q_м = 1,1 · 6,03· 1,73=11,47 квар

В нагрузке слесарного участка учтем нагрузку освещения.

В качестве источников электрического света на промышленном предприятии используются газоразрядные лампы и лампы накаливания.

Номинальная мощность осветительных приемников цеха Р_н.осв., кВт:

Р_{н осв} = Р_{уд осв}·F (15)

где: Р_{уд осв} -- удельная нагрузка осветительных приемников (ламп) Вт/м²;

F - площадь пола цеха, определяемая по генплану, м².

Р_{н осв} = 11·79=869 Вт =0,87 кВт

Расчетные нагрузки осветительных приемников цеха Р_р.осв.:

(16)

где Р_{н осв} -- установленная мощность приемников освещения, кВт;

К_с -- средний коэффициент спроса для осветительных приемников[1].

Расчетная реактивная нагрузка освещения Q_р.осв определяется:

Q_р.осв = 0,75 Р_р.осв. tg (17)

где: tg -- коэффициент реактивной мощности источников света, для газоразрядных ламп tg = 0,33.

Q_р.осв = 0,75 ·0,87· 0,33=0,22 квар

Полная расчетная мощность нагрузки низшего напряжения рассчитывается по формуле:

(18)

2.3 Компенсация реактивной мощности

Вопрос компенсации реактивной мощности решается комплексно с вопросом выбора числа и мощности силовых трансформаторов. Расчет выполняем по РТМ 36.18.32.6-92.

Мощность трансформатора на двухтрансформаторной подстанции должна быть такой, чтобы при выходе из работы одного из них второй воспринял основную нагрузку подстанции с учетом допускаемой перегрузки в послеаварийном режиме.

В практике проектирования систем электроснабжения часто пользуются упрощенной методикой выбора мощности трансформаторов, которая выработана на основе оценки мощности по перегрузочной способности.

(19)

где Sр - среднесменная нагрузка за наиболее загруженную смену цеха;

N- количество трансформаторов непосредственно из категории потребителя;

k - коэффициент загрузки непосредственно из категорийности потребителя:

- 0,65-0,7 - для двухтрансформаторных ТП при преобладании нагрузок I категории;

- 0,7-0,8 - для однотрансформаторных подстанций с взаимным резервированием при преобладании нагрузок II категории;

- 0,9-0,95 - для однотрансформаторных подстанций при наличии складского резерва при преобладании нагрузок II категории, а также при нагрузках III категории.

Принимаем к установке два силовых трансформатора ТМ-25/6

Принятые к установке силовые трансформаторы должны быть проверены на допустимые систематические перегрузки. Для двухтрансформаторных подстанций должно выполняться с учетом возможности отключения потребителей III категории соотношение:

1,4 S_НОМ.Т S_P (20)

1,4·25 кВА 23,77 кВА

35 кВА 23,77 кВА

Выбранные трансформаторы проходят проверку на допустимые систематические перегрузки.

После выбора единичной мощности, коэффициента загрузки и типа цеховых трансформаторов их число в целом зависит от степени компенсации реактивной мощности в сетях напряжением до 1 кВ и допустимых перегрузок в нормальных и возможных послеаварийных режимах.

Число трансформаторов при практически полной компенсации реактивной мощности в сети напряжением до 1 кВ N_min, определяется следующим образом:

(21)

где Р_р, -- активная расчетная мощность потребителей на напряжение до 1 кВ (определяется с учетом осветительной нагрузки).

Полученную величину N_min необходимо округлить до ближайшего большего целого числа.

Принимаем число трансформаторов .

Выбранное число трансформаторов N_min, определяет наибольшую реактивную мощность, которая может быть передана со стороны 10 кВ в сеть низшего напряжения при заданном k₃ без увеличения числа трансформаторов. Для трансформаторов масляных и заполненных негорючей жидкостью реактивная мощность определяется по формуле:

(22)

Коэффициент 1,1 учитывает тот факт, что цеховые трансформаторы имеют, как правило, загрузку, не превышающую 0,9, поэтому для масляных трансформаторов может быть допущена в течение одной смены систематическая перегрузка величиной 10 %.

Мощность компенсирующих устройств в сети напряжением до 1 кВ определяют по условию баланса реактивной мощности на шинах низшего напряжения цеховой трансформаторной подстанции.

Если в качестве компенсирующих устройств (КУ) напряжением до 1 кВ приняты батареи конденсаторов, то их расчетная мощность определяется из уравнения баланса реактивных мощностей

(23)

где Q_р - расчётная реактивная нагрузка до 1 кВ рассматриваемой группы трансформаторов, квар.

Если Q_БКр< 0, то следует принять Q_БКр= 0, т.е. блок низковольтных конденсаторов не устанавливают.

Далее принимается стандартная мощность компенсирующих устройств Q_КУн.

Величина Q_БКр распределяется между цеховыми трансформаторами прямо пропорционально их реактивным нагрузкам. Затем выбираются стандартные номинальные мощности блоков низковольтных конденсаторов для сети до 1 кВ каждого трансформатора.

Согласно полученному значению блок низковольтных конденсаторов не устанавливаем.

2.4 Выбор варианта электроснабжения: числа и мощности трансформаторов на подстанции

Вопрос выбора числа и мощности силовых трансформаторов решен комплексно с вопросом компенсации реактивной мощности. Расчеты выполнено по РТМ 36.18.32.6-92 и показаны в пункте 2.3 данной пояснительной записки.

Число трансформаторов при принятой единичной мощности выбрано с учетом их взаимного резервирования и с учетом компенсации реактивной мощности в сети низкого напряжения таким образом, чтобы при выходе из работы одного соседний трансформатор воспринял бы на себя всю нагрузку отказавшего с учетом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме и возможного временного частичного отключения потребителей третьей категории.

Как показали расчеты, выбранная единичная мощность силового трансформатора обеспечивает полное резервирование по мощности всех потребителей в случае отказа одного из трансформаторов, при этом трансформатор не будет испытывать систематических перегрузок. Параметры выбранных трансформаторов показаны в таблице 5.

Таблица 5 - Параметры выбранных трансформаторов

Тип	S ном, кВА	U номкВ	Потери, кВт	U к, %	I х, %
		ВН	НН	Pх	Pк
ТМ-25/6	25	6	0,4/0,22	0,19	0,6	4,5	0,8

2.5 Определение центра электрических нагрузок

Оптимальное размещение подстанции для цеха является одним из важных вопросов построения системы электроснабжения.

Для определения местоположения подстанции находится центр электрических нагрузок (ЦЭН) цеха, который является символическим центром потребления электрической нагрузки. Расположение подстанции , как можно ближе к ЦЭН позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и обеспечить минимальную протяженность внутрицеховых электрических сетей, минимальный расход проводникового материала и потери электрической энергии.

При проектировании СЭС на плане цеха указываются все электроприемники. Расположение электроприемников определяется технологическим процессом. Для определения ЦЭН применяется следующий математический метод.

Территория цеха принимается за плоскость, на которой расположены электроприемники, каждый из которых имеет свою среднюю активную мощность Р_сi и свои координаты x_i и y_i на плане цеха, рисунок 1.

Рисунок 1 - План цеха с расположением электроприемников

Координата ЦЭН цеха x₀,мм, определяется по формуле

, (24)

где Р_сi- средняя активная мощностмощность электроприемников по плану, кВт;

x_i-абсцисса электроприемника по плану, мм,

i-порядковый номер электроприемника по плану.

Координата ЦЭН цеха y₀,мм, определяется по формуле:

(25)

где Р_i-номинальная мощность электроприемников по плану, кВт;

y_i-ордината электроприемника по плану, мм,

i-порядковый номер.

Таблица 6 - Определение центра нагрузки цеха

Номер ЭП по плану	Средняя мощность ЭП, Рс, кВт	Координата Х, мм	Координата У, мм	Рс*Х кВт*мм	Рс*У кВт*мм
1	2,10	3200	6000	6720	12600
2	1,40	5000	650	7000	910
3	0,92	1100	1200	1016,4	1108,8
4	0,56	8000	23000	4480	12880
5	0,74	9000	6300	6678	4674,6
6	0,09	10300	6500	937,3	591,5
7	0,21	800	4300	168	903
8	1,76	12000	6500	21120	11440
Итого	7,79	6177,15	5790,50	48120	45108

Определяем координаты ЦЭН цеха:

x₀=48120/7,79=6177,15 мм

y₀=45108/7,79=5790,50 мм

Расположение ЦЭН цеха показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Расположение ЦЭН цеха

2.6 Расчет и выбор магистральных и распределительных сетей

Сечение кабельной линии на напряжение 6 кВ выбирают по нагреву расчетным током, проверяют по термической стойкости к токам КЗ, потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах.

Для питания нагрузок I и II категорий по надежности электроснабжения применяют две кабельные линии.

Выбираем кабель марки ААБлУ-10кВ, 10 кВ, трехжильный.

Определяем расчетный ток в нормальном режиме (оба трансформатора включены)

(26)

где n - количество кабелей к присоединению.

Определяем расчетный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

(27)

где Jэ =1,4 - нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) для кабелей с алюминиевыми жилами выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax=3000-5000 ч.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 16 мм2.

Длительно допустимый ток для кабеля сечением 3х16 мм2 по ПУЭ,7 изд. таблица 1.3.16 составляет Iд.т=75А >Iрасч.ав=2,28 А.

Проверяем кабель ААБлУ-10кВ сечением 3х16 мм2 по термической устойчивости согласно ПУЭ пункт 1.4.17.

(28)

где: Iк.з. = 3000 А - трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-6 кВ районной подстанции;

tл = tз + tо.в =0,3 + 0,045 с = 0,345 с - время действия защиты с учетом полного отключения выключателя;

tз = 0,3 с - время действия максимально-токовой защиты;

tо.в = 45мс или 0,045 с - полное время отключения вакуумного выключателя;

С = 95 - термический коэффициент при номинальных условиях, для кабелей с алюминиевыми жилами.

Условие не выполняется, необходимо принять кабель большего сечения. Принимаем кабель ААБлУ-10кВ сечением 3х25 мм2.

Условие выполняется.

Проверяем кабель на потери напряжения:

 (29)

Где r и x - значения активных и реактивных сопротивлений. Для кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3х25мм2 активное сопротивление r= 1,17 Ом/км, реактивное сопротивление х = 0,091Ом/км.

В нормальном режиме:

Или в процентном отношении:

(30)

В послеаварийном режиме:

Выбранное сечение кабеля удовлетворяет величине потери напряжения.

Таким образом, окончательно выбран кабель ААБлУ-10 3х25.

Рассмотрим расчет марок и сечений проводников на примере кабеля электроприемнику 1 (токарно-винторезный станок 1М63).

Номинальный ток электроприемника I_ном, А:

, (31)

Для токарно-винторезного станка 1М63:

Применяем ближайшее стандартное сечение медного кабеля 16 мм2, длительный ток которого при прокладке в земле Iд.т=81А > Iрасч.=45,63 А.

Применяем кабель марки ВВГнг-LS 4х16 мм2.

Расчеты для выбора кабелей к остальным электроприемникам проводим аналогично. Результаты выбора кабелей к электроприемникам показаны в таблице 7.

Таблица 7 - Выбор кабелей к электроприемникам

Наименование электроприемника	Руст. одного ЭП, кВт	Iрасч., А	Sэк, мм2	Марка кабеля	Iдоп. каб., А
Токарно-винторезный станок 1М63	15	45,63	14,72	ВВГнг-LS 4х16	81
Токарно-винторезный станок 1К62Б	10	30,42	9,81	ВВГнг-LS 4х10	61
Вертикально-фрезерный станок 6В11	6,6	20,08	6,48	ВВГнг-LS 4х10	61
Точильно-шлифовальный станок 3К634	4	12,17	3,93	ВВГнг-LS 4х4	34
Точильно-шлифовальный станок 3Б634	5,3	16,12	5,20	ВВГнг-LS 4х6	46
Вертикально -сверлильный станок НС-12	0,65	1,98	0,64	ВВГнг-LS 4х2,5	26
Вертикально -сверлильный станок 2Н118	1,5	4,56	1,47	ВВГнг-LS 4х2,5	26
Вентилятор	2,2	4,18	1,35	ВВГнг-LS 4х2,5	26

Выберем автоматические выключатели для защиты отходящих линий до машин от токов короткого замыкания и перегруза.

Выбираем автоматические выключатели для присоединения линий, идущие к электроприемникам, подключенным к распределительным пунктам. Распределительные пункты можно изготовить на предприятии-изготовителе индивидуальным набором автоматов любого типа. По устойчивости к токам КЗ эта ступень схемы не проверяется. Выбор автоматов представлен на однолинейных схемах распределительных пунктов Вводные выключатели сборок указаны также на схеме электроснабжения.

Пусковой ток электроприемника I_пуск ,А, рассчитываются по формуле

I_пуск=5·I_ном (32)

где 5- коэффициент запуска электроприемника при легком пуске.

Для токарно-винторезного станка 1М63:

I_пуск=5·45,63=228,17 А

Автоматический выключатель выбирается по условиям:

а) по номинальному напряжению, кВ.

U_ном.ав ? U_{ном.уст.} (33)

0,38 кВ ? 0,38 кВ

б) по номинальному току теплового расцепителя, А.

I_т.р. ? I_ном.эп• К_т.р (34)

где К_т.р- коэффициент теплового расцепителя, зависит от типа автоматического выключателя и указывается в технических характеристиках выключателя.

I_т.р. ? 45,63 • 1,35=61,61 А

По справочной литературе определяется стандартное значение тока теплового расцепителя I_т.р=63 А.

Ток уставки электромагнитного расцепителя I_у.э.р , А, определяется из условия

I_у.э.р? 1,2• I_пуск (35)

I_у.э.р? 1,2• 228,17=273,81 А

Стандартное значение тока уставки электромагнитного расцепителя I_у.э.р ,А, определяется по формуле

I_у.э.р= к_отс • I_тр (36)

где к_отс- коэффициент отсечки при переменном токе.

I_у.э.р=7 • 63=441 А

Номинальный ток автоматического выключателя I_ном.ав ,А, определяется из условия

I_ном.ав ? I_ном (37)

63 ? 45,63 А.

Согласно выполненным расчетам выбирается автоматический выключатель типа ВА0436-340010 на номинальное напряжение 0,38 кВ, номинальный ток автоматического выключателя 63 А, ток теплового расцепителя автоматического выключателя 63 А, ток уставки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя 441 А.

Аналогично производится выбор аппаратов защиты для остальных электроприемников. Все результаты выбора представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Выбор защитной аппаратуры отходящих линий

Наименование ЭП	Рн, кВт	Iн, А, расч	Iпуск, А, расч	Iтр расч, А	Iтр станд, А	Iу.э.р расч, А	Iу.э.р станд, А	Марка АВ	Iн АВ, А
Токарно-винторезный станок 1М63	15	45,63	228,17	61,61	63	273,81	441	ВА0436-340010	63
Токарно-винторезный станок 1К62Б	10	30,42	152,11	41,07	50	182,54	350	ВА0436-340010	50
Вертикально -фрезерный станок 6В11	6,6	20,08	100,40	27,11	32	120,47	224	ВА0436-340010	32
Точильно-шлифовальный станок 3К634	4	12,17	60,85	16,43	20	73,01	140	ВА0436-340010	20
Точильно-шлифовальный станок 3Б634	5,3	16,12	80,62	21,77	25	96,74	175	ВА0436-340010	25
Вертикально -сверлильный станок НС-12	0,65	1,98	9,89	2,67	3	11,86	21	ВА0436-340010	3
Вертикально -сверлильный станок 2Н118	1,5	4,56	22,82	6,16	8	27,38	56	ВА0436-340010	8
Вентилятор	2,2	4,18	20,92	5,65	6	25,10	42	ВА0436-340010	6

Для расчета выбора кабеля к распределительным пунктам распределим приемники по ним как показано в таблице 9.

Таблица 9 - Распределение электроприемников по силовым пунктам

Наименование ЭП	кол.	Рн
РП-1
Токарно-винторезный станок 1М63	1	15
Точильно-шлифовальный станок 3Б634	1	5,3
Вертикально-сверлильный станок НС-12	1	0,65
Вертикально-сверлильный станок 2Н118	1	1,5
Итого по РП-1	4	22,45
РП-2
Токарно-винторезный станок 1К62Б	1	10
Вертикально-фрезерный станок 6В11	1	6,6
Точильно-шлифовальный станок 3К634	1	4
Вентилятор	1	2,2
Итого по РП-2	4	22,8

Выбор кабеля от РУ-0,4 кВ ТП к цеховым РП и вводных автоматических выключателей производим аналогично выбору кабелей и автоматических выключателей к электроприемникам, используя их суммарную нагрузку на РП, результаты выбора представлены в табл. 10 -11.

Так как на подстанции устанавливаются два трансформатора, то необходимо выполнить равномерное распределение нагрузки по сборным шинам подстанции, так что бы отклонение нагрузки не превышало ±5%.

Таблица 10 - Расчет кабелей от магистрального шинопровода к силовым пунктам

Наименование РП	Руст. одного РП, кВт	Iрасч., А	Sэк, мм2	Марка кабеля	Iдоп. каб., А
РП-1	22,45	68,30	22,03	ВВГнг-LS 4х25	115
РП-2	22,8	69,36	22,38	ВВГнг-LS 4х25	115

Таблица 11 - Расчет вводных автоматических выключателей силовых пунктов

Наименование установки	Рн, кВт	Iн, А, расч	Iпуск, А, расч	Iтр расч, А	Iтр станд, А	Iу.э.р расч, А	Iу.э.р станд, А	Марка АВ	Iн АВ, А
РП-1	22,45	68,30	341,50	92,20	100	409,80	700	ВА0436-340010	100
РП-2	22,8	69,36	346,82	93,64	100	416,18	700	ВА0436-340010	100

Исходя из этого подключаем каждый из РП к разным секциям шин РУ 0,4 кВ силовых трансформаторов.

Суммарная мощность электроприемников и освещения 42,25 кВт, т.е. идеальная симметрическая нагрузка при равномерном распределении составит

Рсим.= (Р_{общ.СШ-1}+ Р_{общ.СШ-2})/2 (38)

Рсим.= (22,45+ 22,8)/2=22,63 кВт

Отклонение распределения нагрузки в процентном отношении:

(39)

Для СШ-1

Для СШ-2

Как видим при таком распределении РП по СШ-1 и СШ-2 отклонение составляет не более ±0,8 %.

2.7 Расчет токов короткого замыкания

Короткими замыканиями (к.з.) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Расчеты токов к.з. в электроустановках переменного тока напряжением до и свыше 1 кВ производятся для выбора и проверки электрических аппаратов и проводников, применяемых на электрических станциях и подстанциях, а также выбора уставок и проверки чувствительности устройств релейной защиты и автоматики, для проверки заземляющих устройств.

Существуют два метода расчета сопротивлений схемы замещения: в относительных единицах (т. е. в долях от некоторой так называемой базовой величины) или в именованных единицах (в Омах).

Принципиально нету разницы в каких единицах рассчитывать сопротивления схемы замещения.

Данный расчет будем проводить в относительных единицах.

Для расчета сопротивлений в относительных единицах необходимо задаться базовыми условиями:

S_б -- базовой мощностью, MBА;

U_б -- базовым напряжением, кВ.

За базовую мощность принципиально можно принять любую величину. За базовое напряжение удобно принять среднее напряжение U_б=U_ср ступени, где рассчитывают короткое замыкание.

Выбираем базисную мощность S_б= 100 МВА и базисные напряжения ступеней. Базисные напряжения ступеней принимаются равным средним напряжениям на соответствующих ступенях: кВ, кВ.

Определяем базисные токи на каждой ступени

(40)

(41)

Предварительно составляем расчетную схему сети, рисунок 3. Так как трансформаторы работают раздельно то на схеме замещения показываем одну ветвь, для второй ветви все будет аналогично.

В соответствии с расчетной схемой электроустановки составляется эквивалентная электрическая схема замещения, рисунок 4.

Схемой замещения называют электрическую схему, соответствующую по исходным данным расчетной схеме, но в которой все магнитные (трансформаторные) связи заменены электрическими.

Используя формулы, определяем величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных единицах, приведенных к базовым условиям.

Индуктивное сопротивление системы 1:

(42)



Рисунок 3 - Расчетная схема сети

Рисунок 4 - Схема замещения сети

Для кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3х25мм2 активное сопротивление r=1,17 Ом/км, реактивное сопротивление х=0,091 Ом/км, тогда сопротивления кабельной линии в относительных единицах будут следующие.

Индуктивное сопротивление кабельной линии:

(43)

Активное сопротивление кабельной линии:

(44)



Индуктивное сопротивление трансформатора:

(45)

Активное сопротивление трансформаторов Т1, Т2:

(46)

ЭДС системы:

(47)

После того как схема замещения составлена и определены сопротивления всех элементов, она преобразуется к простейшему виду. Преобразование идет от источников питания к месту короткого замыкания так, чтобы между источником и точкой к.з. осталось одно сопротивление. При этом используются известные правила последовательного и параллельного сложения сопротивлений, преобразования треугольника сопротивлений в звезду и обратно и т.п.

Итоговое индуктивное сопротивление в точке К1

Х_эквК1= Х_с+ Х_л

Х_эквК1= 3,06+ 0,46=3,52

Итоговое активное сопротивление в точке К1

R_эквК1= R_л

R_эквК1= 5,90

Итоговое индуктивное сопротивление в точке К2

Х_эквК2= Х_с+ Х_л+ Х_т

Х_эквК2= 3,06+ 0,46+ 180=183,52

Итоговое активное сопротивление в точке К2

R_эквК2= R_л+ R_т

R_эквК2= 5,90+ 96=101,90

После завершения преобразований схемы замещения производится расчёт токов трёхфазного к.з. в указанной точке. Для выбора и проверки электрических аппаратов и проводников на электродинамическую и термическую стойкость в режиме к.з., а также для проверки отключающей способности выключателей необходимо рассчитать:

- начальное действующее значение периодической составляющей тока к.з. (для момента начала к.з. );

- периодическую составляющую тока к.з. в любой момент времени;

- апериодическую составляющую тока к.з.;

- ударный ток к.з.

Для точки К1 начальные значения периодической составляющей тока КЗ:

 (48)

Для точки К2 начальные значения периодической составляющей тока КЗ со стороны системы составляет:

(49)

Определяем ударные токи в точках К1 и К2:

А, (50)

где k_у - ударный коэффициент, определяемый по выражению:

, (51)

где Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, которая может быть определена по формуле:

, (52)

где Х_рез., R_рез. - соответственно результирующие (суммарные) индуктивные и активные сопротивления до точки К.З. ( т.т. К1 и К2).

Постоянная времени затухания апериодической составляющей для точки К1:

Постоянная времени затухания апериодической составляющей для точки К2:

Ударный коэффициент для точки К1:

Ударный коэффициент для точки К2:

Определяем ударные токи.

Для стороны высокого напряжения:

Для стороны низкого напряжения:

.

2.8 Выбор электрооборудования для подстанции

Определяем максимальные рабочие токи силового трансформатора на стороне ВН и НН с учетом возможной 40 % перегрузки в послеаварийном режиме:

(53)

Для стороны ВН:

Для стороны НН:

РУ ВН проектируемой подстанции комплектуем ячейками КСО-393. Устройства КСО-393 выполнены по схемам первичных соединений и комплектуются следующей аппаратурой:

- автогазовый или вакуумный выключатель нагрузки;

- разъединитель тока высокого напряжения со встроенными заземляющими ножами;

- блок высоковольтных предохранителей (ячейка питания трансформатора);

- ограничители перенапряжений;

- измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Выбор выключателей осуществляется по следующим условиям:

- номинальное напряжение выключателя должно быть больше или равно рабочему напряжению сети Uном?Uсети;

- номинальный ток выключателя должен быть больше или равен максимальному рабочему току сети Iном?Iрmax;

- номинальный ток отключения выключателя должен быть больше или равен максимальному току короткого замыкания сети Iоткл. н.? Iкз(3);

- выключатель должен быть устойчивым к нагреву токами короткого замыкания I2тер• tтер ? Bк;

- выключатель должен быть устойчивым к ударным токам короткого замыкания iдин?iуд.

Для установки на стороне ВН в цепи трансформатора и линий принимаем выключатель типа ВНА-ЭД-10/630-20 У3, t_т = 3 с. Параметры выбранного выключателя 6 кВ приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Выбор выключ...