Электроснабжение ремонтно-механического цеха

Министерство науки и образования Р.Ф.

Волжский филиал ГОУ ВПО Мар. ГТУ.

Специальность 270 116

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По предмету: «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» на тему: Электроснабжение ремонтно-механического цеха"

Выполнил студент Журавлёв В.А.

Группа МЭ 41сз.

Руководитель проекта Моргунов Е.П.

Волжск 2010

1. Общая часть

1.1 Введение

1.2 Краткое описание технологического процесса

1.3 Выбор напряжения и рода тока

1.4 Выбор схемы электроснабжения

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт мощности цеха

2.2 Расчёт числа и мощности трансформаторов

2.3 Расчёт силовой сети

2.4 Расчёт ответвлений к станкам

2.5 Расчёт токов КЗ

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

2.7 Выбор компенсирующих устройств

2.8 Расчёт заземления Список литературы

1. Общая часть

1.1 Введение К области электроснабжения относятся: производство, передача и распределение электроэнергии. Электроэнергию вырабатывают электростанции, которые подразделяются на гидравлические и тепловые. Последние в свою очередь делятся на конденсаторные, противодавленческие и смешанные.

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

Очевидно, что месторасположения заводов и фабрик не может совпадать с местом строительства гидростанций и крупных конденсационных станций.

Чем мощнее электростанция, тем больше фабрик, заводов или цехов она может снабжать электроэнергией и тем значительнее будет обслуживаемый ей район. Следовательно, при любых условиях возникает необходимость в передаче электроэнергии от электростанции к потребителям.

Передача электроэнергии осуществляется посредством линий электропередач и трансформаторов, устанавливаемых на повышающих и понижающих подстанциях.

Промышленными потребителями электроэнергии в большинстве случаев являются электродвигатели и светильники, количество которых весьма велико. Поэтому при передаче электроэнергии, одновременно должно происходить её постепенное распределение и разделение, сначала между крупными потребителями, а затем между всё более и более мелкими.

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

В электроснабжении предприятий все связанные со станциями вопросы имеют важное значение.

1.2 Краткое описание технологического процесса Ремонтно-механический цех относится к вспомогательным цехам завода. Он обслуживает все цеха основного и вспомогательного производства завода, производит текущий и капитальный ремонт и изготавливает запасные части к оборудованию.

Электроприёмники цеха не связаны между собой технологическим процессом, их работа происходит независимо друг от друга и остановка одного или нескольких из них не вызывает остановки других электроприёмников.

В основном производстве механизмы РМЦ служат для обработки металлов.

В большинстве случаев такие цеха разбиваются на отделения, например: механическое, сварочное, кузнечное, сборочное, и т. д. Которые выполняют те или иные заказы основных цехов в соответствии с их требованиями.

Среда в цехе — нормальная.

По степени надёжности электроснабжения — относится к третьей категории.

1.3 Выбор напряжения и рода тока Приёмники электрической энергии современных промышленных предприятий могут быть подразделены на группы, различающиеся по мощности, режиму работы, напряжению, роду тока.

Большая часть электроприёмников — электродвигатели производственных механизмов, электрическое освещение, электрические печи, электросварочные установки — являются, как правило, потребителями трёхфазного переменного тока промышленной частоты- 50 Гц.

Согласно ГОСТ 721–62, номинальные линейные напряжения электрических сетей в электроустановках до 1000 В должны соответствовать при трёхфазном переменном токе: 220, 380, 660 В.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют установки переменного напряжения 380/220 В с глухо — заземлённой нейтралью. Выбор данного напряжения и рода тока обеспечивает возможность использования общих трансформаторов для питания силовой и осветительной нагрузки, а также снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях — по сравнению с напряжением 220/127 В.

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

1.4 Выбор схемы электроснабжения Выбираем магистральную схему электроснабжения.

При магистральной схеме электроснабжения питающие магистрали присоединяются к распределительным щитам вторичного напряжения цеховых трансформаторных подстанций или непосредственно к трансформаторам по схеме блока: трансформатор — магистраль.

Дальнейшее распределение энергии производится распределительными магистралями, присоединёнными к главной магистрали с помощью коммутационных и защитных аппаратов.

Магистральные схемы, в отличие от радиальных, находят применение при нагрузках, которые распределены относительно равномерно по площади цеха.

Достоинство магистральной схемы питания заключаются в сравнительно небольшом количестве отходящих линий, уменьшающем расход цветных металлов, и уменьшения габаритов распределительных установок.

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт мощности цеха Расчёт мощности цеха производится методом коэффициента максимума.

Составляется таблица №-2

Питающая линия № 1

Группа А. Ки = 0,14

№ 2 — 7 кВт

№ 1 — 10 кВт

№ 3 — 1 кВт

№ 4 — 7 кВт

№ 5- 16.2 кВт

№ 6 — 10 кВт

№ 7 — 4.5 кВт

№ 8 — 2.8 кВт

№ 9 — 2.8 кВт Питающая линия № 2

Группа А. Ки = 0.14

Группа Б. Ки = 0.16

№ 10 — 2.8 кВт

№ 11 — 0.6 кВт

№ 12 — 6.325 кВт

№ 13 — 3.525 кВт

№ 14 — 10 кВт

№ 15 — 0.6 кВт

№ 16 — 4.5 кВт

№ 17 — 6.2 кВт Группа В. Ки = 0.25

№ 18 — 7 кВт

№ 19 — 2.8 кВт

№ 20 — 12.65 кВт

№ 21 — 7.5 кВт

№ 22 — 2.8 кВт

№ 23 — 4.5 кВт Питающая линия № 3

Группа А. Ки = 0.14

Группа Б. Ки = 0.25

№ 24 — 4.5 кВт

№ 25 — 4.5 кВт

№ 26 — 4.5 кВт

№ 27 — 4.5 кВт

№ 28 — 0.6 кВт

№ 29 — 0.6 кВт

№ 30 — 20 кВт Питающая линия № 4

Группа А. Ки = 0.14

Группа Б. Ки = 0.3

№ 31 — 4.5 кВт

№ 32 — 1 кВт

№ 33 — 4.5 кВт

Группа В. Ки = 0.8

№ 34 — 9.7 кВт с ПВ=65%

№ 35 — 4.5 кВт Питающая линия № 5

Группа А. Ки = 0.1

Группа Б. Ки = 0.25

%№ 37 — 10 кВт

№ 41 — 1.4 кВт с ПВ=40

Группа В. Ки = 0.5

Группа Г. Ки = 0.8

№ 36 — 30 кВт

№ 39 — 7 кВт

№ 38 — 4.5 кВт Расчёт:

1) Определяем для питающей линии 1 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)

Группа А: Рн = 4Ч7+1+2Ч7+3Ч4.5+2Ч2.8+4Ч2.8=73.3 кВт.

Группа Б: Рн = 5Ч10+2Ч16,2+6Ч10=142,4 кВт.

Всего по линии 1? Рн = 73,3+142,4 = 215,7 кВт.

2) Определяем для питающей линии 2 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)

Группа А: Рн=5Ч0,6+6,325+ 3,525+3Ч0,6+4Ч4,5+ 6,2+7+2Ч2,8+2Ч7,5+ 2,8+3Ч4,5 = 82,75 кВт.

Группа Б: Рн = 10+2Ч12,6 = 35,3 кВт.

Группа В: Рн = 2,8 кВт.

Всего по линии 2? Рн = 82,75+35,3+2,8 = 120,85 кВт.

3) Определяем для питающей линии 3 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)

Группа А: Рн = 2Ч4,5+2Ч0,6 = 10,2 кВт.

Группа Б: Рн = 4,5+4Ч4,5+4,5+0,6+2Ч20 = 67,06 кВт.

Всего по линии 3? Рн = 10,2+67,06 = 77,26 кВт.

4) Определяем для питающей линии 4 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)

Группа А: Рн = 4,5+2Ч1+4,5 = 10 кВт.

Группа Б: так как все электроприёмники должны быть приведены к ПВ = 100% то приведём сварочные аппараты с ПВ = 65%

и Рн=9,7 кВт. К ПВ=100%

Рн = РпЧvПВп [4,стр.68 (3,10)]

Рн = 9,7Чv0,65 = 7,8 кВт.

Мощность Группа Б. Рн = 3Ч7,8 = 23,4 кВт.

Группа В: Рн = 2Ч4,5 = 9 кВт.

Всего по линии 4? Рн = 10+23,4+9 = 42,4 кВт.

5) Определяем для питающей линии 5 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)

Группа А: так как все электроприёмники должны быть приведены к ПВ = 100% то приведём кран-балку с ПВ = 40% и Рн=1,4 кВт. К ПВ=100%

Рн = РпЧvПВп [4,стр.68 (3,10)]

Рн = 1,4Чv0,4 = 0,9 кВт Мощность Группа А. Рн = 0,9 кВт.

Группа Б: Рн = 10 кВт.

Группа В: Рн = 7 кВт.

Группа Г: Рн = 30+4,5+2Ч4,5 = 43,5 кВт.

Всего по линии 5? Рн = 0,9+10+7+43,5 = 61,4 кВт.

Итого по цеху? Рн = 215,7+120,85+77,26+42,4+61,4 = 517,6 кВт.

6) Для каждой питающей линии определяем отношение:

Рн max

m = —————-[2,стр.16,(1,4)](1)

Pн min

Где Рн max и Рн min — соответственно наибольшая и наименьшая мощности двух электроприёмников в данной линии (графа 5)

16.2

Питающая линия 1: m = ————— = 16.2(1)

12,65

Питающая линия 2: m = ————— = 21,1 (1)

0,6

Питающая линия 3: m = ————— = 33,3(1)

0,6

7,8

Питающая линия 4: m = ————— = 7,8(1)

Питающая линия 5: m = ————— = 33,3(1)

0,9

Итого по цеху: m = ———— = 50(1)

0,6

Коэффициент использования Ки и cos ф определяем из таблиц:

[4 стр. 66−69]. (графа 6 и 7)

По значениям cos ф определяем tg ф (графа 7)

7) Активная и реактивная мощность смены определяется по формулам:

Рсм = Ки Ч Рн [4 стр. 103, (4,18)] (графа 8)(2)

Где — Рсм — активная мощность смены, кВт.

Ки — коэффициент использования (графа 6)

Рн — общая мощность кВт.

Qсм = Рсм Ч tg ф[4,стр. 103,(4,19)](графа 9)(3)

Где — Qсм — реактивная мощность смены, кВар.

Рсм — активная мощность смены, кВт.

tg ф — (графа 6)

Питающая линия 1:

Группа А: Рсм = 0,14Ч73,3 =10,3 кВт.(2)

Qсм = 10,3Ч 1,73 = 17,8 кВар (3)

Группа Б: Рсм = 0,16 Ч 142,4 = 22,8 кВт.(2)

Qсм = 22,8 Ч 1,33 = 30,3 кВар.(3)

Всего по линии 1:

?Рсм = РсмА + РсмБ = 10,3+22,8 = 33,1 кВт.

?Qсм = Qсм1 + Qсм2 = 17,8 + 30,3 = 48,1 кВар.

Питающая линия 2:

Группа А: Рсм = 0,14 Ч 82,75 = 11,6 кВт. (2)

Qсм = 11,6 Ч 1,73 = 20 кВар.(3)

Группа Б: Рсм = 0,16 Ч 35,3 = 5,6 кВт.(2)

Qсм = 5,6 Ч 1,33 = 7,5 кВар.(3)

Группа В: Рсм = 2,8 Ч 0,25 = 0,7 кВт.(2)

Qсм = 0,7 Ч 0,75 = 0,5 кВар.(3)

Всего по линии 2: ?Рсм = РсмА + РсмБ + РсмВ = 11,6+5,6+0,7=17,9 кВт.

?Qсм = Qсм, А + Qсм Б + Qсм В = 20+7,5+0,5 = 28 кВар.

Питающая линия 3:

Группа А: Рсм = 10,2 Ч 0,14 = 1,4 кВт. (2)

Qсм = 1,4 Ч 1,73 = 2,4 кВар.(3)

Группа Б: Рсм = 67,06 Ч 0,25 = 16,8 кВт.(2)

Qсм =16,8 Ч 0,75 = 12,6 кВар.(3)

Всего по линии 3: ?Рсм = РсмА + РсмБ = 1,4+16,8 = 18,2 кВт.

?Qсм = Qсм, А + Qсм Б =2,4+12,6 = 15 кВар.

Питающая линия 4:

Группа А: Рсм = 10 Ч 0,14 = 1,4 кВт.(2)

Qсм = 1,4 Ч 1,73 = 2,4 кВар.(3)

Группа Б: Рсм = 23,4 Ч 0,3 = 7 кВт.(2)

Qсм = 7 Ч 2,29 = 16 кВар. (3)

Группа В: Рсм = 9 Ч 0,8 = 7,2 кВт. (2)

Qсм = 7,2 Ч 0,62 =4,5 кВар. (3)

Всего по линии 4: ?Рсм = РсмА + РсмБ + Рсм В = 1,4+7+7,2=15,6 кВт.

?Qсм = Qсм, А + Qсм Б + Qсм В = 2,4+16+4,5 = 22,9 кВар.

Питающая линия 5:

Группа А: Рсм = 0,9 Ч 0,1 = 0,09 кВт.(2)

Qсм = 0,09 Ч 1,73 = 0,15 кВар.(3)

Группа Б: Рсм = 10 Ч 0,25 = 2,5 кВт.(2)

Qсм = 2,5 Ч 1,17 =2,9 кВар.(3)

Группа В: Рсм = 7 Ч 0,5 = 3,5 кВт.(2)

Qсм = 3,5 Ч 1,02 = 3,6 кВар.(3)

Группа Г: Рсм = 43,5 Ч 0,8 = 34,8 кВт.(2)

Qсм = 34,8 Ч 0,62 = 21,6 кВар.(3)

Всего по линии 5? Рсм = 0,09+2,5+3,5+34,8 = 40,8 кВт.

?Qсм = 0,15+2,9+3,6+21,6=28,3 кВар.

Итого по цеху: ?Рсм =33,1+17,9+18,2+15,6+40,8 = 125,6 кВт.

?Qсм = 48,1+28+15+22,9+28,3 = 142,3 кВар.

8) Средневзвешенные значения коэффициента использования Ки по каждой линии и цеху, определяем по формуле:

?Рсм Ки = ————-[2, стр. 11,(1.1)] (4)

?Рн Где? Рсм — суммарная активная мощность смены кВт.

?Рн — суммарная общая мощность кВт.

33,1

Питающая линия 1: Ки = ————- = 0,15(4)

215,7

17,9

Питающая линия 2: Ки = ————- = 0,15(4)

120,85

18,2

Питающая линия 3: Ки = ————- = 0,23 (4)

77,26

15,6

Питающая линия 4: Ки = ————- = 0,37(4)

42,4

40,8

Питающая линия 5: Ки = ————- = 0,67(4)

61,4

125,6

Итого по цеху: Ки = ————- = 0,24(4)

517,6

9) Среднее значение tg ф по линиям и цеху определяем по формуле:

?Qсм

tg ф = —————[2,стр. 26](5)

?Рсм Где? Qсм — суммарная реактивная мощность смены, кВар.

?Рсм — суммарная активная мощность смены кВт.

48,1

Питающая линия 1: tg ф = ————— = 1,45(5)

33,1

Питающая линия 2: tg ф = ————— = 1,6(5)

17,9

Питающая линия 3: tg ф = ————— = 0,82(5)

18,2

22,9

Питающая линия 4: tg ф = ————— = 1,47(5)

15,6

28,3(5)

Питающая линия 5: tg ф = ————— = 0,7

40,8

142,3

Итого по цеху: tg ф = ————— = 1,13(5)

125,6

10) По среднему значению tg ф определяем среднее значение cos ф по линиям и цеху Питающая линия 1: tg ф = 1,45 cos ф = 0,57

Питающая линия 2: tg ф = 1,6cos ф = 0,53

Питающая линия 3: tg ф = 0,82cos ф = 0,77

Питающая линия 4: tg ф = 1,47cos ф =0,56

Питающая линия 5: tg ф = 0,7cos ф = 0,82

Итого по цеху: tg ф = 1,13cos ф = 0,66

11) Эффективное число электроприёмников nэ (графа 10) определяем следующим способом:

Питающая линия 1:

nэ определяем по 2 — му способу так как n больше 5 и Ки меньше 0,2

Обозначим n1 — число эл. приёмников имеющих мощность больше половины наибольшего по мощности эл. приёмника данной линии.

Тогда находим величину n* :

.n1

. n* = ———— [2, стр. 18,(1.6)](6)

n

т. е. отношение этого количества к общему их числу. Далее определяем суммарную номинальную мощность этих приёмниковРн1

Определяем отношение Рн1 к общей номинальной мощности всех эл. приёмников

Рн1

Р* =————— [2стр. 18,(1.6)](7)

?Рн По Р* и n* определяем nэ* по таблице (Цигельман стр. 464)

Тогда nэ определяем по формуле :

nэ = nэ* Чn [2 стр 18, (1,7)] (8)

n = 29

Рmax = 16,2 кВт. 16,2 / 2 = 8,1

n1 = 5+2+6 = 13

Рн1 = 5Ч10+6Ч10+2Ч16,2 = 142,4 кВт.

n* = 13 / 29 = 0,45 (6)

Р* = 142,4 / 215,7 = 0,66 (7)

nэ* = 0,81(Цигельман стр. 464)

nэ = 0,81 Ч 29 = 23,5 (8)

Питающая линия 2:

nэ определяем по 2 — му способу так как n больше 5 и Ки меньше 0,2. аналогично линии 1:

n = 28

Рmax = 12,6512,65 / 2 = 6,33

n1 = 1+1+2+2 = 6

Рн1 = 10+7+2Ч12,65+2Ч7,5 = 50,3 кВт.

n* = 6 / 28 = 0,21 (6)

Р* = 50,3 / 120,85 = 0,42 (7)

nэ* = 0,76(Цигельман стр. 464)

nэ = 0,76 Ч 28 = 21,3 (8)

Питающая линия 3:

nэ определяем по 4 — му способу так как m больше 3 и Ки больше 0,2. по формуле:

2 ?Рн

. nэ = ————- [6, стр. 194,(8,27)] (9)

Рmax

Рн = 77,26 кВт. Pmax =20 кВт.

nэ = 2Ч77,26 / 20 = 7,7 (9)

Питающая линия 4:

nэ определяем по 4 — му способу так как m больше 3 и Ки больше 0,2.

Рн = 42,4 кВт. Рmax = 7,8 кВт

nэ = 2Ч42,4 / 7,8 = 10,9 (9)

Питающая линия 5:

nэ определяем по 4 — му способу так как m больше 3 и Ки больше 0,2.

Рн = 61,4 кВтРmax = 30 кВт

nэ = 2Ч61,4 / 30 = 4 (9)

Итого по цеху:

nэ определяем по 4 — му способу так как m больше 3 и Ки больше 0,2.

Рн = 517,6 кВт. Рmax = 30 кВт

nэ = 2Ч517,6 / 30 = 34,5 (9)

12) по Ки и nэ определяется коэффициент максимума Км по таблице [4,стр.71,(3.7)] (графа 11):

Питающая линия 1: Км = 1,65

Питающая линия 2: Км = 1,65

Питающая линия 3: Км = 2,1

Питающая линия 4: Км = 1,6

Питающая линия 5: Км = 1,46

Итого по цеху: Км = 1,34

13) Определяем максимальную активную Рм и реактивную Qм мощности по линиям и цеху по формулам:

Рм = Км Ч? Рсм [4,стр.103,(4,17)](графа 12) (10)

Qм = Км Ч? Qсм[4,стр.105,(4.26)](графа 13) (11)

Питающая линия 1: Рм = 1,65 Ч 33,1 = 54,6 кВт. (10)

Qм = 1,65 Ч 48,1 = 79,4 кВар. (11)

Питающая линия 2: Рм = 1,65 Ч 17,9 = 29,5 кВт. (10)

Qм = 1,65 Ч 28 = 46,2 кВар. (11)

Питающая линия 3: Рм = 2,1 Ч 18,2 = 38,2 кВт. (10)

Qм = 2,1 Ч 15 = 31,5 кВар. (11)

Питающая линия 4: Рм = 1,6 Ч 15,6 = 25 кВт. (10)

Qм = 1,6 Ч 22,9 = 36,6 кВар. (11)

Питающая линия 5: Рм = 1,46 Ч 40,8 = 59,5 кВт. (10)

Qм = 1,46 Ч 28,3 = 41,3 кВар. (11)

Итого по цеху: Рм = 1,34 Ч 125,6 = 168,3 кВт. (10)

Qм = 1,34 Ч 142,3 = 190,6 кВар. (11)

14) Определяем максимальную полную мощность Sм и максимальный ток Iм по линиям и цеху по формулам:

Sм = vРмІ + QмІ[4.стр.105,(4.27)](графа 14) (12)

Sм

Iм = ————[6,стр.185,(8.16)](графа 15)(13)

v3ЧUн Где Uн напряжение равное 380 В.

Питающая линия 1:

Sм = v54,6І + 79.4І = 96.4 кВа.(12)

Iм = 96,4*10і / 1,73*380 = 146,5 А.(13)

Питающая линия 2:

Sм = v29,5І + 46,2І = 54,8 кВа.(12)

Iм = 54,8* 10і/ 1,73*380 = 83,3 А. (13)

Питающая линия 3:

Sм = v38,2І + 31,5І= 49,5 кВа.(12)

Iм = 49,5* 10і/ 1,73*380 = 75,2 А.(13)

Питающая линия 4:

Sм = v25І+36,6І= 44,3 кВа.(12)

Iм = 44,3*10і/ 1,73*380 = 67,3 А.(13)

Питающая линия 5:

Sм = v59,5І+ 41,3І= 72,4 кВа.(12)

Iм = 72,4 *10і/ 1,73*380 = 109 А.(13)

Итого по цеху:

Sм = v168,3І+190,6І= 254,3 кВа.(12)

Iм = 254,3*10і/ 1,73*380 = 386,4 А.(13)

2.2 Расчёт числа и мощности трансформаторов Число трансформаторов определяем в зависимости от категории потребителей. Обычно:

Для 1-ой категории — два трансформатора (можно один, но обязательно АВР на стороне НН.

Для 2-ой категории — один трансформатор при условии наличия складского резерва.

Для 3-ей категории — один трансформатор.

Мощность трансформаторов цеховой подстанции Sтр выбираем по расчётной максимальной мощности цеха Sм (графа 14 таб.2) с учётом коэффициента возможного расширения производства Кр, который берётся в пределах: 1,1 — 1,4

Sтр = Кр Ч Sм (14)

Где Кр = 1,2

Sтр = 1,2 Ч 254,3 = 305 кВа.(14)

Далее по каталогу (СЭС том 2 стр.245) выбираем трансформаторы для двух расчётных вариантов.

1) Определяем приведённые потери в трансформаторах для каждого варианта:

ДР'= ДРхх+КпЧДQхх+Кз ІЧ (ДРкз+КпЧДQкз) (15)

Где: Кп — коэффициент потерь. Для цеховых подстанций принимается Кп=0,12

Sм Кз=———— - коэффициент загрузки по мощности. (15.1)

Sтр[5,стр.188]

ДРхх и ДРкз — величины потерь холостого хода и короткого замыкания. (берутся из каталога) Реактивные мощности потерь вычисляются по формулам:

Iхх%

ДQхх= SтрЧ ———-[5,стр.182](16)

Где Iхх% - ток холостого хода (берётся из каталога)

Uкз%

ДQкз= SтрЧ ———— [5,стр.182](17)

Где Uкз% - напряжение короткого замыкания (берётся из каталога)

2) Определяем годовые потери электроэнергии:

Wг = ДР’ЧТв (18)

Где Тв=2500ч. — время использования максимальной нагрузки (из задания)

3) Определяем стоимость потерь:

С= сЧWг[4,стр.153,(5.43)](19)

Где с — стоимость одного кВт Чч. с=2 руб.

4) Находим капитальные затраты:

К =1,23ЧСтр (20)

Где 1,23 — коэффициент учитывающий затраты на транспортировку и монтаж.

Стр — стоимость трансформатора в рублях. (при 2-ух трансформаторах берётся 2ЧСтр) По результатам расчётов выбирается вариант с меньшими капитальными и эксплуатационными затратами. Для этого по второму варианту берутся расчёты для двух трансформаторов, а именно:

ДР'=2ЧДРхх+КпЧ2ЧДQхх+Кз ІЧ (2ЧДРкз+КпЧ2ЧДQкз)(21)

Где: Кп=0,12

Sм Кз=————-[5,стр.188](22)

2Sтр Вариант 1:

Кз= 254,3 / 400 =0,63 (15.1)

ДQхх=400Ч (3/100)=12 кВар. (16)

ДQкз=400Ч (4,5/100)=18 кВар.(17)

ДР'=1,08+0,12Ч12+0,63ІЧ (5,9+0,12Ч18)=5,7 кВт.(15)

Wг=5,7Ч2500=14 158,5 кВтЧч.(18)

С1=2Ч14 158,5=28 317 руб. (19)

К1=1,23Ч1 100 000=1353000 руб. (20)

Варинат 2:

Кз=254,3 / (2Ч160)=0,79(22)

ДQхх=160Ч (2,4/100)=3,8 кВар.(16)

ДQкз=160Ч (4,7/100)=7,52 кВар.(17)

ДР'=2Ч0,54+0,12Ч2Ч3,8+0,79ІЧ (2Ч3,1+0,12Ч2Ч7,52)=6,3 (21) кВт.

Wг=6,3Ч2500=15 750 руб.(18)

С2=2Ч15 750=31500 руб. (19)

К2=1,23Ч2Ч550 000=1353000 руб.(20)

Так как К1=К2 то выбираем вариант с меньшей стоимостью потерь т. е. вариант 1 — ТМ 400/10

2.3 Расчёт силовой сети Выбор кабельной линии от заводской подстанции до цеховой с проверкой его на нагрев и потери напряжения

1) Определяем номинальный рабочий ток цехового трансформатора Iр по формуле:

Sн

Iр=—————-[6,стр.157,(7,8)](23)

v3ЧUвн Где Sн — номинальная мощность цехового трансформатора.

Uвн — напряжение трансформатора с высокой стороны кВ.

Iр=400 / (1,73Ч10)=23,12 А. (23)

2) Определяем экономическое сечение кабеля по формуле:

Iр

Sэк=———— [5,стр.204,(9,1)](24)

jэк

где jэк — экономическая плотность тока А/ммІ из таблицы (4,стр.151) jэк=1,6 А/ммІ (для кабелей с Al жилами при Тв=2500ч)

Sэк=23,12/1,6=14,45 ммІ (24)

По Sэк выбираем сечение кабеля [4,стр139]

Выбираем АСБ 3 Ч16 ммІ; Iдоп=75 А.; r0=2.08 ОмЧкм.; Х0=0,07 ОмЧкм.; Uн=10кВ. (r0 и Х0 из конспекта)

3) Проверка на нагрев:

Должно соблюдаться условие: Iр? Iдоп

23,12<75 условие выполняется.

4) Потери напряжения в кабеле находим по формуле:

v3Ч100ЧLЧIp

ДU%=——————————Ч (r0Чcos ф+Х0Чsin ф)[4,стр.152](25)

Uн (в) Где L — длина линии в км.

cos ф = 0,66 (таб.№ 2 графа 7 по цеху)

sin ф =0,75 из cos ф ДU%=(1,73Ч100Ч0,3Ч23,12)/10 000Ч (2,08Ч0,66+0,07Ч0,75)= =0,17% (25)

ДUдоп — не более 5% (из конспекта) Должно соблюдаться условие: ДU%? ДUдоп%

0,17%<5% - условие выполняется.

Выбор шинопроводов и кабельной линии по цеху с проверкой на нагрев и потери напряжения.

Выбранные линии:

Линия № 1 — шинопровод.

Линия № 2 — шинопровод.

Линия № 3 — шинопровод.

Линия № 4 — шинопровод.

Линия № 5 — КЛ+СП

1) Определяем экономическое сечение шинопроводов и кабеля по формуле:

Iм

Sэк=————-(27)

1,4Чjэк

Iм — расчётный ток по линии (таб.№ 2 графа 15)

jэк — из таблицы [4,стр.151] для каждой линии.

2) Выбираем стандартное сечение шинопровода из таблицы [4,стр.372] а кабельной линии из [4,стр.107(4.8)]

3) Проверяем выбранные линии на нагрев. Должно выполнятся условие:

Iм? Iдоп (28)

Где Iдоп — допустимые токи выбранного шинопровода или кабеля.

4) Проверяем выбранные линии на потери напряжения:

v3Ч100ЧIмЧL

ДU% =—————————- (r0Чcos ф +х0 Чsin ф)(29)

Uн Где Lдлина линии в (км.); r0 и х0 — из конспекта

sin ф из cos ф

Uн=380 В Должно выполнятся условие:

ДU%? ДUдоп%(30)

Где ДUдоп% =5%

Расчёт:

Линия № 1 — шинопровод: L=0,032 км. jэк=1,6

Sэк=146,5/(1,4Ч1,6)=65,4 ммІ(27)

Выбираем: S=75 ммІ; Iдоп=265 А. [4,стр.372]

r0=0,475 Ом/км; х0=0,2 Ом/км Проверяем: 146,5 А < 265 А (28)

Условие выполняется.

ДU%=(1,73Ч100Ч146,5Ч0,032)/380Ч (0,475Ч0,57+0,2Ч0,82)=0,92%(29)

0,2%<5% Условие выполняется.(30)

Линия № 2 — шинопровод L=0,032 км. Jэк=1,6

Sэк=83,3/(1,4 Ч1,6)=37,2 ммІ(27)

Выбираем: S=45 ммІ; Iдоп=165 А [4,стр.372]

r0=0,475 Ом/км; х0=0,2 Ом/км Проверяем:83,3 А < 165 А Условие выполняется. (28)

ДU%=(1,73 Ч100 Ч83,3 Ч0,032)/380 Ч (0,475 Ч0,77+0,2 Ч0,63)=0,5%(29)

0,5% <5%Условие выполняется.(30)

Линия № 3 — шинопроводL=0,016 jэк=1,6

Sэк=75,2/(1,4 Ч1,6)=33,6 ммІ(27)

Выбираем: S=45 ммІ; Iдоп=165 А [4,стр.372]

r0=0,475 Ом/км х0=0,2 Ом/км Проверяем: 75,2 А <165 АУсловие выполняется. (28)

ДU%=(1,73 Ч100 Ч75,2 Ч0,016)/380 Ч (0,475 Ч0,77+0,2 Ч0,63)=0,27%(29)

0,27% <5%Условие выполняется.(30)

Линия № 4 — шинопровод L=0,022 км. Jэк=1,6

Sэк=67,3/(1,4 Ч1,6)=30 ммІ(27)

Выбираем: S=45 ммІ; Iдоп=165 А [4,стр.372]

r0=0,475 Ом/км х0=0,2 Ом/км Проверяем: 67,3 А <165 АУсловие выполняется.(28)

ДU%=(1,73 Ч100 Ч67,3 Ч0,022)/380 Ч (0,475 Ч0,56+0,2 Ч0,83)=0,28%(29)

0,28% <5%Условие выполняется.(30)

Линия № 5 — КЛL=0,01 км. Jэк=1,6

Sэк=109/(1,4Ч1,6)=48,7ммІ(27)

Выбираем: S=50ммІ; Iдоп=110 А[4,стр.107(4.8)]

r0=0,67 Ом/км х0=0,06 Ом/км Проверяем:109 А<110 АУсловие выполняется. (28)

ДU%=(1,73Ч100Ч109Ч0,01)/380Ч (0,67Ч0,82+0,06Ч0,57)=0,28%(29)

0,28%<5%Условие выполняется.(30)

2.4 Расчёт ответвлений к станкам

1) Рассчитываем ответвление к самому удалённому станку Станок № 6;

Р=10кВт;. з=88% [3,стр.63]; cos ф=0,89 [3,стр.63] U=380В

L=0.059 км.

Находим расчётный ток двигателя:

Р

Iр= ——————————- (31)

v3ЧUЧcos фЧз зКПД двигателя в (о. е.)

Iр=10 000/(1,73Ч380Ч0,89Ч0,88)=19,4 А (31)

По условиям нагрева выбираем стандартное сечение (Липкин стр.139)

Sст=4ммІ; Iдоп=27 А; r0=8,35 Ом/км.; х0=0,1 Ом/км Проверяем:

19,4 А<27 А Условие выполняется.(28)

ДU%=(1,73Ч100Ч19,4Ч0,059)/380Ч (8,35Ч0,89+0,1Ч0,45)=3,9%(29)

3,9%<5%Условие выполняется.(30)

Проверяем суммарную потерю напряжения от цеховой подстанции до самого удалённого Эл. двигателя:

ДU%лин=0,92%

?ДU%=ДU%лин+ДU%отв=0,92+3,9=4,82%

4,82% <5%Условие выполняется.(30)

Определяем номинальный ток для каждого станка (31) и выбираем стандартное сечение

1) Рн= 10кВт; cos ф= 0,89 з=0,88

Iн=10 000 /(1,73Ч380 Ч0,89 Ч0,88)=19,4 А. Sст=4 ммІ

2) Рн=4,5 кВт; cos ф= 0,85 з=0,86

Iн=4500 /(1,73Ч380 Ч0,85 Ч0,86)=9,4 А. Sст=4 ммІ

3) Рн=2,8 кВт; cos ф=0,84 з=0,835

Iн=2800 /(1,73Ч380 Ч0,84 Ч0,835)=6,1 А. Sст=4 ммІ

4) Рн=0,6 кВт; cos ф= 0,7 з=0,705

Iн= 600/(1,73Ч380 Ч0,7 Ч0,705)=1,8 А. Sст=4 ммІ

5) Рн=6,325 кВт; cos ф=0,87 з=0,885

Iн=6325 /(1,73Ч380 Ч0,87 Ч0,885)=12,5 А. Sст=4 ммІ

6) Рн=7 кВт; cos ф= 0,87 з=0,885

Iн= 7000/(1,73Ч380 Ч0,87 Ч0,885)=13,9 А. Sст=4 ммІ

7) Рн=1 кВт; cos ф= 0,8 з=0,78

Iн=1000 /(1,73Ч380 Ч0,8 Ч0,78)=2,4 А. Sст=4 ммІ

8) Рн=16,2 кВт; cos ф= 0,89 з=0,89

Iн=16 200 /(1,73Ч380 Ч0,89 Ч0,89)=31,1 А. Sст=6 ммІ

9) Рн=3,525 кВт; cos ф= 0,85 з=0,86

Iн=3525 /(1,73Ч380 Ч0,85 Ч0,86)=7,3 А. Sст=4 ммІ

10) Рн=6,2 кВт; cos ф= 0,87 з=0,885

Iн=6200 /(1,73Ч380 Ч0,87 Ч0,885)=12,2 А. Sст=4 ммІ

11) Рн=12,65 кВт; cos ф= 0,89 з=0,885

Iн=12 650 /(1,73Ч380 Ч0,89 Ч0,885)=24,4 А. Sст=4 ммІ

12) Рн=20 кВт; cos ф=0,9 з=0,9

Iн=20 000 /(1,73Ч380 Ч0,9 Ч0,9)=37,5 А. Sст=10 ммІ

13) Рн=30 кВт; cos ф= 0,85 з=0,905

Iн=30 000 /(1,73Ч380 Ч0,85 Ч0,905)=59,3 А. Sст=16 ммІ

14) Рн=7,5 кВт; cos ф=0,87 з=0,885

Iн=7500 /(1,73Ч380 Ч0,87 Ч0,885)=14,8 А. Sст=4 ммІ

15) Рн=7,8 кВт; cos ф= 0,87 з=0,885

Iн=7800 /(1,73Ч380 Ч0,87 Ч0,885)=15,4 А. Sст=4 ммІ

16) Рн=0,9 кВт; cos ф=0,8 з=0,78

Iн=900 /(1,73Ч380 Ч0,8 Ч0,78)=2,19 А. Sст=4 ммІ

2.5 Расчёт токов короткого замыкания Расчёт токов короткого замыкания ведется в следующей последовательности:

1) Определяем сопротивления заводских трансформаторов по формуле:

Uкз% Sб Х= —————- Ч ————-[5,стр.101](32)

100 Sн Где Uкз% - из (СЭС т.2 стр.245)

Sн — номинальная мощность трансформатора МВа.

За базисную мощность Sб, принимаем мощность системы 120 МВа) Х2= 10,5/100 Ч120/16=0,8 о.е.(32)

2) Определяем сопротивление кабельной линии:

Sб Х= Х0 Чl Ч ————-[6,стр.312 (12.46)](33)

UбІ

Sб

r= r0 Ч l Ч ————-[6,стр.312 (12.47)](34)

UбІ

Х0 и r0 из конспекта;? — длина линии в км.; Uббазисное напряжение = 10.5 кВ.

Х3= (0,07Ч0,3) Ч (120/10,5І)=0,02(33)

r3=(2,08Ч0,3) Ч (120/10,5І)=0,68.(34)

3) Определяем сопротивление цехового трансформатора:

Sб Х=vUкзІ - r*І Ч ———-[6,стр.312 (12.4)](35)

Sн

Uкз% - из (СЭС т.2 стр.245)

ДРкз

r* = ———— [6,стр.310,(12,41)](36)

Sн ДРкз — потери в меди трансформатора кВт. (СЭС т.2 стр.245)

r*= 5,9/400=0,015 (36)

Х4=v0,045І - 0,015ІЧ (120/0,4)=12,6(35)

Sб

r4= r* Ч ————-[6,стр.311,(12,42)](37)

Sн

r4 = 0,015 Ч (120/0,4)=4,5(37)

4) Базисный ток для каждой точки КЗ:

Sб

Iб= ————- (кА)[4,стр.76,(3.39)](38)

v3ЧUб

Iб1=120/(1,73 Ч10,5)=6,6 кА (38)

Iб2=120/(1,73 Ч0,4)=173,9 кА (38)

5) Результирующее сопротивление для каждой точки КЗ:

?Х1= Х1 + Х2/2+ Х3=1,2+0,8/2+0,02=1,62

?r1= r3=0,68 так как? r1> ?Х1/3 0,68>0,54 то находим полное сопротивление Z

Z1=v?Х1І+?r1І [4,стр76(3.4)](39)

Z1=v1,62І+0,68І=1,76(39)

?Х2= ?Х1 + Х4=14,68

?r2=?r1+r4=0,68+4,5=5,18 так как? r2> ?Х2/3 5,18>4,8 то находим полное сопротивление Z

Z2=v14,68І+5,18І=15,57(39)

6) Действительное значение начального тока КЗ

Iб1

I1″ = ——— = 6,6/1,76=3,8 кА. [5,стр.104](40)

Z1

Iб2

I2″ = ——— = 173,9/15,57=11,1 кА.(40)

Z2

7) Мгновенное значение ударного тока:

Ўуд1 =v2ЧКудЧI1″ =v2Ч1,3Ч3,8=7 кА. 5, стр.104](41)

Куд — ударный коэффициент из графика (4,стр.69) т. к. ?Х1/?r1=2,5 то Куд=1,3

Ўуд2 =v2Ч1,37Ч11,1=21,5 кА (41)

?Х2/?r2=2,8 Куд=1,37

8) Действующее значение ударного тока:

Iуд1 =I1″ Чv1+2(Куд-1)І=3,8Чv1+2(1,3−1)=4,1 кА [5,стр104] (42)

Iуд2 =11,1Чv1+2(1,37−1)І=12,5 кА (42)

9) Мощность тока КЗ:

Sкз=v3ЧI" ЧUн[5,стр105](43)

Sкз1=1,73 Ч3,8 Ч10=65,7 МВа (43)

Sкз2=1,73 Ч11,1 Ч0,4=7,3 МВа (43)

10) Установившийся ток КЗ:

I1?=К?ЧIб1=0,54Ч6,6=3,56 кА [6,стр.319,(12,53)](44)

К?=0,54 из таблицы т. к Z1=1.76 < 3

I2?=I2″ =11.1 кА т.к. Z2>

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

1) Выбор шин РУ-0.4 кВ.

Определяем ток трансформатора:

Sн

I= ———— =400/(1,73Ч0,38)=606 А.(45)

v3ЧUн Выбираем сечение шины (4,стр.355) :

Sст=250 ммІ; Iдоп=665 А; r0=0,18; Х0=0,06; 50Ч5 мм.

Расчётную напряженность с учётом токов КЗ определяем по формуле:

1,76Ч10-іЧlІЧ ЎудІ

.урасч= ———————————- [4,стр.84,(3.74)](46)

a Чw

где:? — длина пролёта между креплениями (см) =150 см.

a — расстояние между фазами =40 см.

w — момент сопротивления шин (смі)

при укладке шин плашмя:

вЧh

w = ———— = (0.5Ч5І)/6=2.083 смі[4,стр.85,(3,75)](47)

Где в=0,5 — толщина, а h=5 — ширина шины в см.

урасч=(1,76 Ч10-іЧ150ІЧ21,5І)/(40Ч2,083)=219,7 кг/смІ(46)

Алюминиевые шины удоп=700 кг/см І

219,7<700 условие выполняется.

2)Выбор изоляторов Определяем расчётную нагрузку на опорные изоляторы при КЗ:

Fрасч=1,76 Ч10-І Ч ——- Ч ЎудІ[5,стр.129] (47)

a

Fрасч=1,76 Ч10-І Ч (150/35) Ч21,5І=30,5 кг (47)

Выбираем изоляторы (из каталога) ОФ1−375 Fразр=375 кг Должно выполняться условие: Fрасч? 0,6 ЧFразр

30,05?225условие выполняется.

3) Проверка КЛ 10 кВ выбранного ранее на термическую устойчивость при КЗ:

Минимальное сечение:

I1?

Smin= ———- Ч vtn[6,стр.388,(13,17)](48)

C

Где: Скоэффициент принимаемый для Al — 95

tn — приведённое время, определяется по кривой (4,стр.86) в зависимости от действительного времени КЗ — t (из задания) и в"

I1″

в" = ————- =3,8/3,56=1,06tn=0,22 сек

I1?

Smin=(3560/95) Ч v0,22=17,6 мм ІSвыбр=16 ммІ(48)

Smin? Sвыбр 17,6 >16 условие не выполняется.

Выбранное сечение КЛ не удовлетворяет условиям термической устойчивости.

Уменьшим время действия защиты до tn =0,15 сек

Smin=(3560/95) Ч v0,15=14,5 ммІ.

14,5<16 условие выполняется.

4) Выбор разьеденителя:

Выбирается по Uн и Iн (СЭС т.2 стр160)

РВ 10/400 Iампл=50 кА.; Iэфф=29 кА.

Таблица № 7

5) Выбор предохранителей Высоковольтные предохранители выбираются по каталогу (СЭС т2 стр177)

ПК 10/30 вид установки — внутренний.

Таблица № 8

6) Выбор автоматов:

Выбираются по Uн, Iн и конструктивному исполнению. (1 стр242)

Таблица № 9

7) Выбор силового пункта Выбирается по Iн, Uн и количеству отходящих групп. (СЭС т2 стр372−386)

Линия № 5 — 7 групп.

Таблица № 10

2.7 Выбор компенсирующих устройств

1) Определяем компенсирующую мощность:

Qк=бЧРмЧ (tg ф1 — tg ф2) [2,стр.170 (6,1)](49)

бкоэффициент принимаемый — 0,9 учитывающий возможность естественного повышения cos ф Рм — таб.№ 2 графа 12 по цеху.

tg ф1 — соответствует cos ф до компенсации (таб 2 графа 7)

tg ф2 — соответствует cos ф =0,95 после компенсации .

cos ф1=0,66 tg ф1= 1,13 cos ф2=0,95 tg ф2=0,32

Qк=0,9 Ч168,3 Ч (1,13−0,32)=122,7 кВар.(49)

2) По Qк выбираем тип и количество конденсаторов на каждую фазу (СЭС т2 стр231)

КС 2−0,38−36 Q=36кВар; С=794 мкФ — 4шт.

Qкр=4 Ч36=144 кВар

3) Величина разрядных сопротивлений на каждую фазу:

6 UфІ

Rраз=15 Ч10 Ч —————-[6стр, 229 (9,8)](50)

Qкр

Rраз=15 000 000 Ч (0,23І/144)=5510 Ом.

4) В качестве разрядных сопротивлений выбираем лампы накаливания мощностью — 15 вт. Определяем сопротивление одной лампы:

UфІ

Rл= ————- =230І /15=3526 Ом.

Рл Количество ламп:

Rраз

N= ———— = 5510/3526=1,6 = 2 шт.

Rл

5) сечение кабеля для присоединения батареи конденсаторов:

Расчётный ток:

Qкр

I= ————- =144/(1,73 Ч0,38)=219,2 А

v3 ЧUн Выбираем сечение по условиям нагрева для трёхжильного Al кабеля до 3 кВ (4,стр.139) в воздухе.

Iдоп=220 А S=120 ммІ

6) Ток срабатывания автомата:

1,2 Ч Qк

Iср? ————— =(1,2 Ч144)/(1,73 Ч0,38)=261,8 А (51)

v3 ЧUн

7) Выбор автомата (4 стр134):

А 3144; Iн=600 А; Iрасц=300 А

8) Схема включения конденсаторной батареи:

2.8 Расчёт заземления Заземлением называется соединение с землёй металлических не токоведущих частей электроустановок.

1) Сопротивление заземляющих устройств до 1000 В должно быть не более 4 Ом. (ПУЭ) Rз=4 Ом.

Выбираем материал — угловая сталь50 Ч50 Ч5 мм.

Длина 2,5 м.

2)Сопротивление одного уголка

Rоу=0,034 Чс= 0.034 Ч0.4 Ч10 =136 Ом.(52) [6,стр.446,(19,5)]

.судельное сопротивление грунта (6 стр, 444) грунт-глина (из задания)

3) Предварительное количество уголков:

Rоу

.n1=———— =136/4=34 шт. 6, стр.448](53)

Rз

4) Количество уголков с учётом коэффициента использования з=0,74 — расположение по контуру (Цигельман стр. 447,448)

n1

n= ——- =34/0,74=45,9(54)

з количество уголков — 46 шт.

(1) Вольман Н. С. Электроснабжение целюлозно-бумажных комбинатов. 1964 г.

(2) Загоровский Е. Н., Речин Ш. Ш. Электроснабжение промышленных предприятий 1974 г.

(3) Карковский Г. А. Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре 1969 г.

(4) Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок 1981 г.

(5) Фёдоров А. А. Сербиновский Г. В. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий 1973 г.

(6) Цигельман И. Е. Тульчин И.К. Электроснабжение. Электрические сети и освещение 1970 г.