Электроснабжение механического завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системой электроснабжения называется совокупность взаимосвязанных электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.

Основной задачей курсового проекта является создание системы электроснабжения Механического завода, в соответствии с современными принципами построения схем электроснабжения промышленных предприятий, регламентированными «Инструкцией по проектированию электроснабжения промышленных предприятий» (СП 174-76). При этом электроснабжение должно удовлетворять следующим основным положениям: обеспечивать необходимую надежность питания потребителей, быть простой и удобной в эксплуатации за счет применения конструкций без сборных шин и выключателей на первичном напряжении и с преимущественной установкой трансформаторов вблизи ЭП; все элементы схемы должны находится в работе и иметь такие параметры, чтобы при аварийном выходе из строя какого -либо основного элемента (линия, трансформатор) оставшиеся в работе могли принять на себя полностью или частично нагрузку отключившегося элемента с учетом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме; учитывать перспективы развития предприятия для обеспечения возможности подключения дополнительных мощностей без коренной реконструкции сети, возможность замены трансформаторов более мощные в пределах одной ТП, а также за счет строительства дополнительных линий и ТП.

Одновременно система электроснабжения должна обеспечивать надежную защиту и автоматическое восстановление питания потребителей с помощью средств автоматики, позволяющих быстро осуществлять резервирование отдельных элементов, обеспечивать возможность свободного проведения ремонтных и послеаварийных работ, иметь складской резервный трансформатор для его использования на нескольких ТП при условии быстрой его замены; обеспечивать наименьшие потери мощности и электроэнергии в сети путем максимального приближения источника питания высокого напряжения к установкам потребителей, благодаря чему сводится к минимуму числу ступеней промежуточной трансформации.

Практика эксплуатации системы электроснабжения промышленных предприятий, показывает, что наиболее надежными являются системы электроснабжения, содержащие минимальное количество коммутационно-защитных аппаратов (выключателей, разъединителей и т.п.), смонтированные с высоким качеством, при своевременности выполнения профилактических ремонтов и замены устаревшего электрооборудования. На надежность СЭС влияют соответствие пропускной способности элементов сети нагрузкам потребителей, использование перегрузочной способности сети, схемы соединения элементов сети; наличие чувствительных, быстродействующих и селективных зашит: наличие или; отсутствие в энергосистеме дефицита мощности и запасных резервных элементов: четкость всей структуры управления предприятием и другие факторы.

Учитывая все эти требования, в курсовой проекте выполнены следующие разделы: Расчет электрических силовых и осветительных нагрузок по предприятию для выбора электрооборудования (трансформаторов, компенсирующих устройств, токоведущих элементов, КЗА и др.), для выбора схем электроснабжения Механического завода, а также определения центра электрических нагрузок. Выполнен расчет сетей напряжением до и выше 1000 В, графический материал.

1. Характеристика производства и приемников электроэнергии

электроснабжение аппарат коммутационный

Текстильный фабрика.

Перечень цехов, корпусов и помещений дано в таблице №1.

Таблица 1. Перечень цехов, корпусов и помещений

Общая занимаемая площадь завода 134690,6 м2. Расположение всех цехов, корпусов и помещений показано на генеральном плане.

В цехах предусмотрены помещения для цеховых ТП. Завод получает питание от подстанции системы.

Количество рабочих смен - 2. Бытовые помещения, заводоуправления и лаборатории, а также столовая двухэтажные высотой 4 м.

2. Определение расчетных электрических нагрузок до 1000 В

2.1 Определение расчетных нагрузок проектируемого цеха

Первым этапом проектирования является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

При проектировании системы электроснабжения или анализе режимов ее работы потребители электроэнергии (отдельный приемник электроэнергии, группа приемников, цех или завод в целом) рассматривают в качестве нагрузок.

Для расчета электрических нагрузок предприятия применяются несколько методов расчета нагрузок. Метод расчетных коэффициентов - для определения расчетной нагрузки проектируемого цеха, метод коэффициента спроса - для определения ориентировочной расчетной нагрузки цехов предприятия и метод удельных мощностей - для определения осветительной нагрузки. Результаты заносим в таблицу 1.

2.2 Определение осветительных нагрузок предприятия

На промышленных предприятиях около 10 - 15 % потребляемой электрической энергии затрачивается на электрическое освещение. Правильное выполнение осветительных установок способствует рациональному использованию электроэнергии, улучшению качества выпускаемой продукции, повышению производительности труда, уменьшения качества аварий и случаев травматизма, снижению утомляемости рабочих.

Расчет электрических осветительных нагрузок предприятия следует производить по методу удельных мощностей. Тогда расчетная нагрузка осветительной установки в системе общего равномерного освещения определяется по формуле:

Рр осв = Кс*Руд*F* 10-3, кВт

где Кс - коэффициент спроса осветительной установки; Руд - удельная мощность на единицу производственной площади, Вт/м2; F - площадь производственного помещения, м; При определении величины Руд необходимо предварительно выбрать соответствующий тип светильника, найти нормированное значение освещенности рабочих мест, коэффициент запаса. А также необходимо знать площадь производственного помещения и его высоту.

Для освещения предприятия используются два типа светильников: лампы ЛЛ и лампы ДРЛ. В складских помещениях применяются лампы ДРЛ с нормированной освещенностью 300 лк. В административных зданиях и в цехах с равномерно распределенным по площади оборудованием применяются люминесцентные лампы типа ЛБ 40 с освещенностью 200-300 лк.

Расчет осветительных нагрузок по цехам предприятия ведется в табличном виде. Результаты заносим в таблицу 2.

2.3 Определение электрических нагрузок предприятия

Расчет электрических нагрузок предприятия определяем при наличии данных о составе цехов, установленной мощности приемников электроэнергии по методу коэффициенту спроса Расчетная силовая нагрузка n - го цеха равна:

Ррс = Кс*Рн;

Qpc = Kc*Pн*tg ц = Ppc*tg ц;

Где Рн - суммарная установленная мощность ЭП n - го цеха; Кс - коэффициент спроса n -го цеха; tg ц - значение тангенса угла, определенного по справочным данным (cos ц ),

Расчетная нагрузка для цеха, электроснабжение которого разрабатывается подробно, записываем по результатам предыдущих расчетов методом расчетных коэффициентов,

где Ррс, Qpc - расчетная активная и реактивная силовая нагрузка n - го цеха; Рро, Qpo -расчетная активная и реактивная осветительная нагрузка n - го цеха. Результаты заносим в таблицу 3

3. Компенсация реактивной мощности

Для ограничения потерь активной мощности и напряжения сети, связанных с передачей значительной реактивной мощности, а также для увеличения пропускной способности линий и трансформаторов предусматривается установка в сети потребителей компенсирующих устройств (КУ). Источником реактивной мощности в этом случае могут быть синхронные двигатели или конденсаторные батареи.

3.1 Выбор типа исполнения числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций

При определении числа и мощности цеховых трансформаторов исходят из следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей, компенсации реактивной нагрузки, перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах шага стандартных мощностей.

Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов производится по удельной плотности нагрузки:

у = Pp / F,

где Рр - расчетная активная суммарная нагрузка предприятия, кВт

F - сумма площадей производственных корпусов предприятия, м.

у = 4810,37 / 134690,6=0,036 кВт/м2

При плотности нагрузки до 0,04 кВт/м целесообразно применять трансформаторы с мощностью 630 кВА.

Минимальное число трансформаторов на предприятии Nmin одинаковой мощности Sном, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок, определяем по формуле:

Nmin = Pp / (Kз * Sном )+ ДN ,

где Рр = 4810,37 кВт - суммарная активная мощность технологически связанных нагрузок; Кз = 0,75 - коэффициент загрузки трансформатора, так как преобладают нагрузки 2 категории; ДN - добавка до ближайшего целого числа

Nmin=4810,37/(0,75*630) = 10,2+0,8=11 (шт)

Оптимальное число трансформаторов

Nопт = Nmin + m,

где m - дополнительно установленные трансформаторы

Nопт = 11+1= 12 шт.

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

Qm.max = v(Nопт *Kз*Sном)2 - Рр2,

Qm.max =v( 12*0,75* 630)2 - 4810,372 = 3001,54 кВАр

Наивыгоднейшая загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования.

Для цехов с преобладающей нагрузкой 1-ой категории при двухтрансформаторных подстанциях коэффициент загрузки в нормальном режиме должен быть в пределах 0,65 - 0,7 для цехов с преобладающей 2-ой категорией - 0,7 - 0,8 , для цехов с преобладающей 3-ей категорией - 0,9 - 0,95 . При этом необходимо учесть, что на двухтрансформаторных подстанциях мощность трансформаторов должна быть такой, чтобы при выходе из строя одного из них второй принял на себя нагрузку подстанции с учетом допустимой перегрузочной способности. При необходимости предусматривается отключение потребителей 3 категории для обеспечения допустимой перегрузки. Коэффициент загрузки в аварийном режиме не должен превышать 1,4.

3.2 Определение мощности компенсирующих устройств (до 1000 В)

Определяем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через 5 трансформаторов:

Qmax = 3001,54 кВар

Суммарная расчетная мощность конденсаторных батарей низкого напряжения (НБК) составит:

Qнк = Qнк1 + Qнк2

Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Qнк1 = Qp - Qмах

где Qp - расчетная реактивная мощность

Qнк1 = 4777,56 - 3001,54 =1776,02 кВАр

Для снижения потерь мощности в трансформаторах определим дополнительную мощность Qнк2 НБК:

Qнк2 = Qp - Q нк1 - гNопт* Sном.

где г - расчетный коэффициент, определяется в зависимости от коэффициентов Kpl и Кр2 и схемы питания цеховой ТП. По справочным материалам Kpl = 19 и Кр2 =10, тогда г = 0,69.

Qнк2 =4777,56 - 1776,02 - 0,69*12*630 = -2214,86 кВар =0

Qнк = Qнк1 + Qнк2 = 1776,02- 0 =1776,02 кВар

Так как Qнк2 < 0, то реактивная мощность Qнк2 принимается равной нулю. Из полученных расчетов видно, что Qнк равна 1776,02 кВар. Эту мощность следует распределить между цеховыми трансформаторными подстанциями.

3.3 Распределение мощности КУ по трансформаторным подстанциям

Мощность компенсирующих устройств, устанавливаемых в сети до 1000 В распределяется между цеховыми подстанциями пропорционально их расчетным реактивным нагрузкам по формуле:

Qнкi = (Qнк / Qp)*Qpi;

где Qpi - реактивная мощность одной трансформаторной подстанции; Qp - расчетная реактивная нагрузка;

Qнкi - округляется до ближайшего стандартного значения комплектной конденсаторной установки (ККУ) Все расчеты выполняем.

Суммарная мощность компенсирующих устройств Qку на предприятии определяем по формуле:

QК1 = Qм1 - Qэ1

Qэ1 - наибольшее значение реактивной мощности, которая может передана в сеть предприятия из сети энергосистемы;

Qэ1 = a*Pp

где а - коэффициент, зависящий от класса напряжения и берется из таблицы, для Средней Азии при U = 35 кВ, а = 0,3;

Максимальные реактивные нагрузки предприятий могут не совпадать по времени с наибольшими активными нагрузками энергосистемы. В этом случае в расчет вводятся поправки по результатам анализа нагрузок с помощью коэффициентов. Величина Qм1 определяется по формуле:

Qм1 = Kнс *Qp

где Кнс - коэффициент, учитывающий несовпадение по времени наибольших активных нагрузок системы и реактивной мощности предприятия и задается энергосистемой в зависимости от отрасли промышленности и определяется по справочным данным. Для механического завода Кнс = 0,95;

Qp - реактивная максимальная нагрузка предприятия, равная 4777,56 кВар,

Qм1 = 0,95 * 4777,56 = 4538,682 кВар.

Суммарная мощность компенсирующих устройств

QК1 = 4538,682-3059,553 = 1479,129 кВар.

Мощность компенсирующих устройств, которую необходимо установить в сети высокого напряжения определяем по формуле:

QкуВН = Qк1 - Qнк1

Мощность ККУ получилась меньше 630 кВар, следовательно вся мощность КУ распределяется в сети до 1000 В.

Мощность компенсирующих устройств, устанавливаемых в сети до 1000 В распределяется между цеховыми подстанциями пропорционально их расчетным реактивным нагрузкам по формуле:

Qнкi = (Qнк / Qp)*Qpi;

4. Определение расчетных нагрузок в линиях выше 1000 В

4.1 Определение расчетных нагрузок на стороне высшего напряжения цеховых ТП

Расчетные нагрузки в линиях выше 1000 В необходимы для выбораэлектрооборудования выше 1000 В по номинальному току и сечения проводников по допустимому нагреву. Узлами схемы электроснабжения напряжением выше 1000 В могут быть радиальные и магистральные ответвления линий питания к трансформаторным подстанциям, секции сборных шин РУ -6,(10) кВ. в каждом узле схемы определяется нагрузка в нормальном и аварийном режимах работы.

Расчет нагрузок по узлам схемы выше 1000 В ведется в табличной форме. Результаты занесены в таблицу № 5.

Для определения расчетной нагрузки на высокой стороне трансформатора необходимо к расчетной нагрузке низкой стороны добавить потери активной и реактивной мощности в обмотках трансформатора.

Потери мощности в трансформаторе могут быть определены приближенно по формуле:

ДPm = 0,02Sp; ДQm = 0,1 Sp

где Sp - полная расчетная мощность с учетом компенсирующих устройств. В зависимости от числа присоединений и группового коэффициента использования, при определении расчетной нагрузки на секции сборных шин РУ, по таблице П1-3 определяется коэффициент одновременности Ко..

КТП 1

Кз=(Sном3)/n*Sтр=1676,8/(3*630)=0,88

Кз.ав=(Sном3)/(n-1)*Sтр=1676,8/((3-1)*630)=1,33

КТП 2

Кз=(Sном4.7.6)/n*Sтр=1453,89/(3*630)=0,77

Кз.ав=(Sном4.7.6)/(n-1)*Sтр=1453,89/((3-1)*630)=1,15

КТП З

Кз=(Sном5,12)/n*Sтр=915,702/(2*630)=0,73

Кз.ав=(Sном5,12)/(n-1)*Sтр=915,702/((2-1)*630)=1,44

КТП 4

Кз=(Sном10,11,13,14)/n*Sтр=902,399/(2*630)=0,71

Кз.ав=(Sном10,11,13,14)/(n-1)*Sтр=902,399/((2-1)*630)=1,43

КТП 5

Кз=(Sном1,2,8,9)/n*Sтр=915,8/(2*630)=0,72

Кз.ав=(Sном1,2,8,9)/(n-1)*Sтр=915,8/((2-1)*630)=1,45

5. Выбор схемы электроснабжения предприятия и проектируемого цеха напряжением выше 1000 В

5.1 Выбор схемы электрических соединений подстанции

Главную схему подстанции проектируют на основе разработанной схемы развития электрических сетей энергосистемы или схемы электроснабжения района. Она должна обеспечивать:

а) надёжное электроснабжение присоединенных к подстанции потребителей в нормальном и послеаварийном режимах в соответствии с их категориями;

б) надёжный транзит мощности через РУ высшего напряжения подстанции по межсистемным и магистральным линиям;

в) экономически целесообразное значение тока КЗ на стороне НН;

г) возможность постепенного расширения подстанции;

д) соответствовать требованиям противоаварийной автоматики.

В соответствии с этим требованиями разработаны типовые схемы РУ подстанций 6-750 кВ, которые должны применяться при проектировании подстанции.

Для РУ 6,10 кВ широко применяют схему с одной секционированной системой шин. Применение секционного выключателя обеспечивает автоматическое включение резерва (АВР), что позволяет использовать такую схему для потребителей любой категории по надежности. Для устройства РУ 6-10 кВ используют комплектные распределительные устройства двух исполнений: выкатные и стационарные (типов КСО ). КРУ состоит из закрытых шкафов с встроенными в них аппаратами, измерительными, защитными приборами и вспомогательными устройствами. Шкафы КРУ изготовляют на заводах, и с полностью собранным и готовым к работе оборудованием они поступают на место монтажа.

В своем проекте использую выкатные КРУ, так как их применяют для наиболее ответственных электроустановок с большим числом камер (15-30), где требуется быстрая замена выключателя. Кроме выключателя, на выкатной тележке монтируют трансформаторы напряжения и разрядники, силовые предохранители, разъединители и трансформаторов собственных нужд (ТСН) подстанции 10/0,4 кВ.

Схема электроснабжения предприятия показана на генеральном плане предприятия.

Анализируя величины и размещение электрических нагрузок цехов на территории предприятия, учитывая категорию потребителей по степени бесперебойности питания, выбираем схему для системы внутреннего электроснабжения предприятия.

В зависимости от территориального размещения цехов, категории по надежности питания величины потребляемой мощности распределение электроэнергии на предприятии может быть выполнено по радиальной, магистральной или смешанной схеме.

Радиальные схемы применяются при расположении нагрузок цеховых ТП в различных направлениях от ГПП или ГРП.

При радиальной схеме питания присоединение трансформатора к линии (выполненной кабелем) должно быть глухим, за исключением случая, когда длина линии превышает 400 м.

6. Выбор рационального места размещения центра питания (ГПП, ГРП)

Выбор места расположения источников питания (ГПП или ГРП) на территории предприятия оказывает большое влияние на технико-экономические показатели системы электроснабжения, так как он определяет протяженность питающих и распределительных линий, влияет на качество электрической энергии на зажимах потребителей, потери электроэнергии и т.д.

Более точно рациональное местоположение источников питания может быть найдено путем определения центра электрических нагрузок (ЦЭН). Размещения источников питания в I ЦЭН соответствует рациональному выбору их места расположения.

Приняв нагрузки цехов равномерно распределенными по их площади, можно считать, что центр нагрузок цеха совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане, тогда ЦЕН предприятия определяется из формул:

где Xi, Yi -координаты i-ro цеха на генплане ; Pi - расчетная нагрузка цеха.

Место размещения центра питания (ГПП) показано на генплане.

Координаты цехов:

Хо=2,8 Yo=8,02

Выбор кабелей, питающих КТП.

Выбор сечения сети напряжением выше 1000 В, производится по техническим и экономическим условиям.

К техническим условиям относятся: номинальное напряжение; конструкция кабеля и провода: нагрев от расчетного тока нагрузки; нагрев от тока К.З. ( термическая стойкость ); потери напряжения в линии в нормальном и аварийном режимах.

Сечение кабеля, провода по нагреву выбираются исходя из расчетного тока нагрузки с последующей проверкой его в аварийном режиме. При определении допустимого тока проводника необходимо учитывать, условия прокладки кабелей, т.е число проложенных рядом кабелей, фактическую температуру среды, в которой проложены кабели, удельное тепловое сопротивление земли.

Следует учитывать, что на время ликвидации послеаварийного режима для кабелей с полиэтиленовой изоляцией допускается перегрузка до 10%, а для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией -до 15% номинальной, при этом указанная нагрузка соответствует времени аварийной перегрузки трансформаторов, т.е допускается на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 часов в сутки в течении 5 суток, если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной. Определение термического стойкого сечения производят по формуле:

Sт.с. = a*I? vtn

где а - расчетный коэффициент, зависящий от материала жил проводника;

I? - установившейся ток К.З. в начале линии (для одиночных кабелей небольшой длины, не превышающих строительную длину кабеля) или в начале каждого участка кабельной линии. если участки имеют отличные сечения, либо в конце линии, если она выполнена двумя или несколькими параллельными кабелями;

tn - приведенное время К.З определенное по времени отключения выключателя и защиты в точке К.З. Приведенное время tn определяется по формуле:

tn = tn.n + tn.a.

где tn.n; tn.a. - приведенное время для соответственно периодической и апериодической слагаемых тока К.З..

Время tn.n является функцией величины (в” = I” / I? и действительного времени отключения тока К.З. tотк и определяется по кривым. Действительное время тока К.З tотк определяется из формулы

tотк = tпред + Дt

где tпред - время срабатывания пред. защиты;

Дt - ступень селективности.

Время tn.a. находится по формуле

tn.a. = 0,005 *( в")2

При определении сечения проводника по потере напряжения используется соотношение

ДU=(v3*Ip *1/Uн )*(ro cosц + xo sinц)*100% < ДUдоп

Выбранные кабели для КТП 1

Iр=Sp/v3*Un=1676.8/v3*10=96,8 A

Qэк=Iр/jэк=96,8/1,2=80,6

Qном=90 ммІ

Iдоп=205А

По справочным материалам выбираем кабель марки ААБл трехжильный

Сечением 90 ммІ

Выбранные кабели для КТП 2

Iр=Sp/v3*Un=1453,89/v3*10=83,9 A

Qэк=Iр/jэк=83,9/1,2=69,9

Qном=70 ммІ

Iдоп=165А

По справочным материалам выбираем кабель марки ААБл трехжильный

Сечением 70 ммІ

Выбранные кабели для КТП 3

Iр=Sp/v3*Un=915,702/v3*10=52,87 A

Qэк=Iр/jэк=52,87/1,2=44,05

Qном=50 ммІ

Iдоп=140А

По справочным материалам выбираем кабель марки ААБл трехжильный

Сечением 50 ммІ

Выбранные кабели для КТП 4

Iр=Sp/v3*Un=902,399/v3*10=52,1 A

Qэк=Iр/jэк=52,1/1,2=43,4

Qном=50 ммІ

Iдоп=140А

По справочным материалам выбираем кабель марки ААБл трехжильный

Сечением 50 ммІ

Выбранные кабели для КТП 5

Iр=Sp/v3*Un=915,8/v3*10=52,8 A

Qэк=Iр/jэк=52,8/1,2=44

Qном=50 ммІ

Iдоп=140А

По справочным материалам выбираем кабель марки ААБл трехжильный

3. Содержание задания:

Таблица 1

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели и различные машины, механизмы, электрические печи, аппараты, машины для электрической сварки и осветительные установки и др. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций.

Первые электрические станции сооружались в городах для целей освещения и питания электрического транспорта, а так же при фабриках и заводах. Несколько позднее появилась возможность сооружения электрических станций в местах топливо (нефть) или местах использования энергии воды и известно степени независимо от мест похождения потребителей электроэнергии городов и промышленных предприятий. Передача электроэнергии к центру потреблений стали осуществляться линиями электропередачи высокого напряжения на большое расстояние.

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети ВИ, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникают необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести работу по экономии электроэнергии.

В условиях НТП потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличится благодаря созданию гибких роботизированных и автоматизированных производств.

7. Характеристика производства и приемников электроэнергии

Классификация электроустановок и помещений по ПУЭ.

Электроустановками называется совокупность машин, аппаратов линий и вспомогательного оборудования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.

Электроустановки по условиям электробезопасности разделяются правилами на электроустановки до 1кВ и электроустановки выше 1кВ.

Электропомещениями называются помещения или отгорожения, например, сетками, части помещения, доступные только для квалифицированного обслуживающего персонала, в которых расположены электроустановки.

Сухим помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60%.

Влажными помещениями называются помещения, в которых пары или конденсирующая влага выделяется лишь кратковременно в небольших количествах, а относительная влажность воздуха более 60%, но не превышает 75%.

Сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность длительно превышает 75%.

Жаркими помещениями называются помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура повышается.

Пыльными помещениями называются помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, сто она может оседать нм проводах, проникать внутрь машины и т.д.

Помещениями с химически активной средой называются помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержаться агрессивные пары, газы, жидкости, разрушающие изоляцию и токоведущие части.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного или следующих условий:

а) сырости или токопроводящей пыли;

б) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

в) высокой температуры;

г) возможности одновременного прикосновения человека, имеющие соединение с землей, металлоконструкциями зданий, технологическими аппаратами, механизмами и т.п.

Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.

Площадь проектируемого цеха:

8. Определение расчетных электрических нагрузок до 1000 В

Расчет электрической нагрузки проектируемого цеха производятся два этапа.

На первом этапе при предварительном расчете определяется общая нагрузка по цеху в целом. По этой нагрузке выбирается число и мощность цеховых трансформаторов схема электроснабжения цеха.

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

Для расчета электрических нагрузок предприятия применяются два метода расчета нагрузок. Метод расчетных коэффициентов для определения расчетной нагрузки проектируемого цеха и метод коэффициентов спроса для определения ориентировочной расчетной нагрузки цехов предприятия.

Указания по расчету электрических нагрузок методом расчетных коэффициентов.

Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребления: показатели электропотребления индивидуальных ЭП обозначаются строчными буквами, а группы ЭП - прописными буквами латинского и греческого алфавита.

Номинальная (установленная) мощность одного ЭП - это мощность, обозначенная на заводской табличке или его паспорте.

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

где n - число ЭМ, входящих в группу.

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

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

где tg - паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

При расчете электрических нагрузок до 1000 В производится в табличной форме.

В графиках записывается построение величины , ,и tg. В итоговой строке определяется групповой коэффициент, используемый для данного узла питания, графа 5 итоговой строки.

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

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

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

n=

Найденное значение n определяется до ближайшего меньшего числа. Определяется коэффициент расчетной нагрузки в зависимости от коэффициента использования эффективного числа ЭП от таблицы, и заносятся в графу 2 итоговой строки. Расчетная активная мощность группы ЭП напряжением до 1 кВ, подключенных к узлу питания определяется по формуле:

Расчетная активная мощность группы ЭМ определяется следующим образом:

для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от n:

при n

при n10

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

где - полная расчетная мощность узла.

9.Предварительный выбор мощности и числа трансформатора

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

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

При выборе номинальной мощности трансформаторов обычно исходят из удельной плотности нагрузки на единицу производственной площади из выражения:

где - полная мощность низковольтной нагрузки определяемой группы трансформаторов или отдельного цеха и принимается по графе 7.

F=a·b=48·30=1440 м

S=

Рекомендуются следующие значения для различных плотностей нагрузки:

S=160 (кВА)

Загрузка трансформаторов в номинальном режиме:



< 0,7 -условие выполнено

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

<1,4 -условие выполнено

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

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

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

где - средняя активная мощность

- добавка до ближайшего целого числа. Экономически оптимальное число трансформаторов определяется удельными затратами на передачу реактивной мощности и отличается от на величину m:



9.2 Компенсация реактивной мощности

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

Суммарная мощность конденсаторных батареи на напряжение до 1000 В составляет:

где - суммарная средняя реактивная мощность

Дополнительная мощность для данной группы трансформаторов, определяется по формуле:

где j=0,7 - расчетный коэффициент

=

Т.е компенсация реактивной мощности не требуется

10.Выбор и обоснования рациональной схемы электроснабжения цеха

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

a. обеспечить необходимую надежность;

b. иметь оптимальные технико-экономические показатели по капитальным затратам;

c. быть удобным в эксплуатации;

d. допускать применение индустриальных и скоростных методов (возможность реконструировать в дальнейшем).

Схема цеховой сети делятся на:

- магистральные

- радиальные

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

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

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

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

10.1 Расчет электрических нагрузок по узлам цеховой сети

Расчетные нагрузки по узлам схемы выше 1000 В необходимы для выбора электрооборудования выше 1000 В по номинальному току и сечения проводников по допустимому нагреву. Узлами схемы электроснабжения напряжения выше 1000 В могут быть радиальные и магистральные ответвления линий питания к трансформаторным подстанциям, секции сборных шин РУ--6(10) кВ. В каждом узле схемы определяется нагрузка в нормальном и аварийном режимах работы.

Отличительной особенностью расчета электрических нагрузок электроприемников напряжением выше 1000 В является следующее:

-зная реальную загрузку высоковольтных электродвигателей, в графу 5 заносим К вместо ;

-в графу 7 заносим ;

-эффективное число не определяется и графы 9 10 не заполняются;

-расчетная нагрузка цеховых трансформаторных подстанций заносится в графы 7 и 8;

Для определения расчетной нагрузки на высшей стороне трансформатора необходимо к расчетной нагрузке низкой стороны добавить потери активной и реактивной мощности в обмотках трансформатора.

11.Расчет питающей и распределительной сети (ШРА и кабель)

Открыто проложенные кабели и проводы должны быть защищены от механических воздействий на них до безопасной высоты, но не менее на 2 м от уровня пола, технологической площади или земли. Аналогично должны быть защищены кабели и провода, проложенные в местах, доступных для неквалифицированного обслуживающего персонала, даже при отсутствии механических воздействий. Высота прокладки кабелей и проводов квалифицированного обслуживающего персонала не нормируется. Провода и кабели верхних ответвлений к выключателям, щита, аппаратам следует защищать от механических воздействий до высоты не менее 1,5 м от уровня пола.

В помещениях, доступных только для квалифицированного персонала, а также в административно-бытовых помещениях, производственных и вспомогательных зданиях промышленных предприятий, в жилых и общественных зданиях указанные ответвления кабелей и проводов допускается не защищать. Высота размещения металлических трут с кабелями и проводами не нормируются. При пересечении параллельной прокладке расстоянии от проводов и кабелей до трубопроводов должны быть не менее 0,5 м. Допускается уменьшить указанное расстояние до 0,1 м, при этом провода и кабели должны быть защищены по всему участку сближения. При пересечении кабелями и проводами расстояния проходов и проездов от уровня пола или площади технологического обслуживания до кабельных конструкций должно быть не менее 2 м над проходами с регулярным движением людей, 1,8 м над проходами с нерегулярным движением людей; не менее высоты ворот для выезда транспорта.

Выбор токопроводов

Выбираем распределительный шинопровод (ШРА):

Для ШРА 1 с =57,14 А выбираем ШРА типа ШРА-1 с =65 А,

Для ШРА 2: с =34,45 А : =55 А,

Выбор силовых пунктов (СП).

Для СП 1 выберем СП марки

СПМ75-1УЗ

Iн=250 А

Iн>Iр

Высота=1200 мм

Ширина=800 мм

Глубина=300 мм

Выбор марки проводов и кабелей.

а) выбор сечения проводников по длительному нагреву:

б) выбор сечения проводов и кабелей по потере напряжения:

< ДU

где - расчетный ток линии.

- длина, км

- удельное активное и реактивное сопротивление линии, Ом/км

cоsц- коэффициент нагрузки линии

ДU- допустимые потери напряжения в линии, %

ДU=5%

Для ШРА 1:

Для ШРА 2:

СП1:

12.Расчет 3-фазного тока короткого замыкания в сети до 1000В.

Расчет токов КЗ в установках напряжением выше 1000 В имеет ряд особенностей по сравнению с расчетом токов КЗ в установках напряжением до 1000В.

Расчет токов КЗ выполняют в именованных или относительных единицах. Если расчет выполняют в именованных единицах, то для определения тока КЗ необходимо привести все электрические величины к напряжению ступени, на которой имеет место КЗ.

При расчете в относительных единицах все величины сравнивают с базисными, в качестве которых принимают базисную мощность и базисное напряжение . За базисную мощность принимают мощность одного трансформатора ГПП или условную единицу мощности, например, 100 или 1000 МВ·А.

При расчетах необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи.

1)Силовые трансформаторы. Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов , приведенные к ступени низшего напряжения равны, мОм

где- мощность потерь к.з., кВт

- номинальная мощность трансформатора, кВА

- среднее номинальное напряжение, В

2) При необходимости учета сопротивления цепи напряжением выше 1000 В оно приводится к стороне низшего напряжения трансформатора, мОм:

где- базисное напряжение ступени, к которой приводится сопротивление системы, В.

- относительное сопротивление системы, приведенное при расчете к.з. в сети напряжением выше 1000В к базисной мощности.

- базисная мощность, к которой приводились сопротивления при расчете токов к.з. в сети напряжением выше 1000В, кВА.

3) Провода, кабели, шины и шинопроводы. Значения активных и индуктивных сопротивлений приводятся в справочных материалах.

4) Трансформаторы тока и автоматы.

5) переходные сопротивления контактов КЗА.

При отсутствии достоверных данных о контактах и их переходных сопротивлениях и сопротивлении дуги в местах к.з. рекомендуется при расчете токов к.з. в сетях, питаемых трансформаторами мощностью до 1600 кВА включительно, учитывать их суммарное сопротивление введением в расчет активного сопротивления:

-для распределительных устройств на станциях и подстанциях 15 мОм;

-для первичных распределительных пунктов 20 мОм;

-для вторичных, как и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных 25мОм.

=160 кВА

=0,54кВт

=3,1 кВт

=4,7%

 мОм

где

К - 2

;

Сопротивления на фазу:

=0,124 (Ом/км)

=0,08 (Ом/км)



К - 3 от ШРА 2 до ЭП-30:

=0,49

=0,087

13.Выбор коммутационно-защитной аппаратуры

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

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

- увеличение тока вследствие перегрузки;

- увеличение тока вследствие к.з.;

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

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

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

Автоматические выключатели следует применять в случаях:

а) необходимости автоматизации управления, так как некоторые типы автоматов выполняются с приводами дистанционного управления;

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

в)частых аварийных отключений.

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

В отдельных случаях для ответвлений, выполняемых в труднодоступных местах, аппараты защиты допускается устанавливать на расстоянии до 30 м от точки ответвления в месте удобном для обслуживания, надежно защищая проводники с негорючей оболочкой от механических повреждений.

Условия выбора предохранителей.

Наименьшая плавкая вставка, способная в данном режиме работы защищаемого элемента сети обеспечить бесперебойного эксплуатацию должна удовлетворять следующих условиях:

1)номинальное напряжение предохранителя должно быть больше или равно номинальному напряжению сети;

2)предохранитель в условиях нормальной эксплуатации не должен перегреться сверх допустимых для него температур, для этого необходимо соблюдать условия:

; , где - номинальные токи предохранителя и плавкой вставки;

- коэффициент надежности, зависящий от рода нагрузки;

В расчетах ориентировочно можно принимать:

=1, 1-1, 2 - для постоянных нагрузок (электроосвещение, электронагрев и др.)

=1, 2 - для сварочных аппаратов;

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

- расчетный ток линии, приведенный к ПВ-100%

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

- при легком пуске ;

- при среднем пуске ;

- при тяжелом пуске .

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

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

Выбор выключателей автоматических

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

Эти аппараты защищают от перегрузки и коротких замыканий.

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

ВА выбираются по следующим условиям:

1)по напряжению >

где и - номинальные напряжения ВА и сети.

2)по расчетному рабочему току

где - номинальные токи ВА, теплового и электромагнитного расцепителей.

3)по пиковому току (пусковому):

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

- продолжительность пикового (пускового) тока;

4)по току к.з.

>I

>

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

> - допустимое и расчетное значение ударного тока к.з.

5) по селективности

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

=1,5

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

Выбранные сечения проводников и уставки расцепителей КЗА необходимо согласовать.

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

Выбор коммутационно-защищенной аппаратуры распределительной сети 0,4 кВ

Таблица 2

14.Построение карты селективности защит

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

Исходными данными для построения карты селективности являются:

Пиковые нагрузки и токи к.з. в интересующих точках

Номинальные данные аппаратов защиты, подлежащие проверке на селективность

Времятоковые (защитные) характеристики аппаратов защиты (в справоч. данных)

Миллиметровая бумага с логарифмическим масштабом, так как времятоковые характеристики соответствующих аппаратов защиты приведены в справочниках в логарифмическом масштабе.

Порядок построения карты селективности следующий:

на миллиметровой бумаге наносится времятоковая характеристика наиболее удаленного аппарата защиты от источника питания, так как такой аппарат имеет наименьшие номинальные данные, чем аппарат, установленный в вышележащей ступени;

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

наносится защитная характеристика аппарата, установленного на след. ступени;

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

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

а) электрическая цепь, для которой построена карта селективности;

б) тип аппарата защиты и номинальные данные.

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

15.Расчет заземляющих устройств

Выбор защитных мер определяется режимом нейтрали генераторов или трансформаторов, характеристикой помещений, в которых смонтирована электроустановка, особенностями электроустановок, электрическими и другими соображениями.

При прикосновении человека токоведущим частям эл.установки нормально находящимся под напряжением или к металлическим конструктивным частям которые оказываются под напряжением вследствие пробоя или неисправности изоляции может произойти поражение человека электрическим током.

Поражение человека током проявляется в виде электрического удара и электрических травм (ожог и др.). В результате электр.удара у человека могут появиться судороги, потеря сознания, прекращение дыхании и кровообращении . Эл.удар может привести к смертельному исходу. Смертельные поражения человека эл.током наблюдались при напряжении 12 В и выше. Для обеспечения безопасности людей в установках напряжения до 1000 В и выше должны быть сооружены заземляющие устройства (ЗУ) и заземлены металлические части эл. оборудования и эл. установок.

В последнее время в целях экономии черных металлов и снижения трудоемкости электромонтажных работ при проектировании систем элетроснабжени рекомендуется использовать в широких масштабах железобетонные (ЖБК) и металлические конструкции промышленных зданий в качестве заземляющих устройств.

Основанием для использования арматуры железобетонных фундаментов (ЖБФ) в качестве заземлителей является свойство бетона во влажном состоянии иметь проводимость, сопоставимую с проводимостью грунта, окружающего фундамент.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

-проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;

-трубы скважин;

-металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей;

-металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т.п.;

-свинцовые оболочки кабелей, проложенные в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей;

-заземлители опорных воздушных линии (ВЛ), соединенные заземлительным устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса ВЛ;

-нулевые провода ВЛ до 1кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух;

-рельсовые пути магистральных неэлектроофициальных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

Условия применения ЖБК зданий в качестве ЗУ сводятся к следующему:

1. В электроустановках напряжением 1000 В с глухозаземленной нейтралью, расположенных внутри зданий и примыкающих к промышленному зданию с ЖФБ, целесообразно использовать в качестве заземлителей без сооружения искусственных заземлителей, если выполняется условие:

где F-площадь, ограниченная периметром здания на уровне дневной поверхности земли, м.

pэ - удельное эквивалентное сопротивление земли, Ом·м.

k1 - коэффициент, значение в табл.1/Ом:

2. В электоустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью, расположенной внутри или примыкающих к промышленному зданию с ЖБФ целесообразно использовать эти фундаменты в качестве заземлителей, если соблюдаются соотношения:

а) в ЗУ, одновременно использующих только для электроустановок напряжением до 1000 В.

>

б)в ЗУ, использующих только для электроустановок выше 1000 В.

где -расчетный ток замыкании на землю, А

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, расположенной внутри или примыкающих к промышленному зданию с ЖБФ целесообразно эти фундаменты использовать в качестве заземлителей, если выполняется соотношение:

...