Электроснабжение ТОО «Аяз» и выбор электрооборудования

Министерство образования и науки Республики Казахстан Костанайский социально-технический университет Имени академика Зулхарнай Алдамжар Технический факультет Кафедра «Физики информатики и электроэнергетики»

Специальность 50 718 «Электроэнергетика»

Допускается к защите зав. кафедрой «ФИиЭЭ»

Джаманбалин К.К.

Дипломная работа Электроснабжение ТОО «Аяз» и выбор электрооборудования Дипломник Бекмухамбетов М.А.

Руководитель дипломной работы:

Умбеталин Т.С., профессор, к.т.н.

Костанай, 2009

• Обозначения и сокращения
• Введение

1. Краткая технологическая и энергетическая характеристика ТОО «Аяз»

1.1 Технологическая характеристика предприятия

1.2 Энергетическая характеристика цеха

2. Расчет электрической части ГПП

2.1 Расчетные электрические нагрузки предприятия

2.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП

2.3 Выбор высоковольтных выключателей

2.4 Выбор разъединителей, отделителей, короткозамыкателей

2.5 Выбор шин РУ 10 кВ

2.6 Выбор изоляторов

2.7 Выбор трансформаторов тока

2.8 Выбор трансформаторов напряжения

2.9 Выбор разрядников

3. Расчет высоковольтной распределительной сети

3.1 Расчет токов короткого замыкания в установках выше 1 кВ

3.2 Выбор сечения кабеля 10 кВ

3.3 Выбор шин РУ 0,4 кВ

4. Расчет цеховой распределительной сети приготовительного участка

4.1 Выбор схемы электроснабжения цеховой электрической сети приготовительного участка

4.2 Расчет электрических нагрузок приготовительного участка

4.3 Расчет осветительных нагрузок приготовительного участка

4.3.1 Выбор и расположение светильников

4.3.2 Расчет осветительной установки

4.4 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

4.5 Выбор комплектных шинопроводов

4.6 Выбор сечения проводников осветительной сети

4.7 Выбор осветительных щитков

4.8 Расчет токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ

4.9 Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

4.9.1 Выбор автоматических воздушных выключателей

4.9.2 Выбор защиты осветительных сетей

5. Расчет заземления и молниезащиты

5.1 Расчёт защитного заземления

5.2 Расчет молниезащиты

6. Экономика

7. Охрана труда

7.1 Общие требования

7.2 Закон о труде

7.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов

7.4 Мероприятия по устранению опасных и вредных факторов

7.5 Классификация цеха по пожароопасности и взрывоопасности

7.5.1 Профилактические работы по предупреждению пожаров на заводе резинотехнических изделий

7.5.2 Средства, используемые для пожаротушения и оповещения пожарных служб при возникновении очагов возгорания в цехе

8. Промышленная экология

Заключение

Обозначения и сокращения

ГПП — главная понизительная подстанция

КТП — комплектная трансформаторная подстанция

КЗ — короткое замыкание

ЗРУ — закрытое распределительное устройство

ОРУ — открытое распределительное устройство

КРУ — комплектное распределительное устройство

КРУН — то же, наружной установки

ТП — трансформаторная подстанция

РУ — распределительное устройство

ПВ — повторное включение

КЛ — кабельная линия

ВЛ — воздушная линия

ПР — пункт распределительный

ПУЭ — правила устройства электроустановок

ДРЛ — дуговые ртутные лампы высокого давления

АВР — автоматическое включение резерва

АПВ — автоматическое повторное включение

Целью данного дипломного проекта является разработка системы электроснабжения приготовительного участка ТОО «Аяз». Электрические сети напряжением до 1 кВ обслуживают технологические процессы на промышленных предприятиях. Доля приемников электроэнергии низкого напряжения составляет 60−80% всех потребителей. Укрупнение мощностей и рост производительности технологических агрегатов, а также автоматизация многочисленных производственных процессов требуют постоянного совершенствования и повышения надежности разветвленных внутрицеховых электрических сетей, внедрения новых технических решений и электрооборудования. Сети низкого напряжения промышленных предприятий отличаются большим числом электродвигателей, элементов пусковой и защитной аппаратуры и коммутационных аппаратов. В них расходуется огромное количество проводникового материала и кабельной продукции, поэтому рациональное построение цеховых электрических сетей имеет важное значение.

При проектировании конструктивного исполнения цеховой электрической сети мною учтена безопасность ее эксплуатации в зависимости от окружающей среды, возможность перестановки технологического оборудования в цехе без перерыва электроснабжения, защита токоведущих частей от механических повреждений, а также удобство и безопасность при обслуживании приемников электроэнергии в условиях эксплуатации.

1. Краткая технологическая и энергетическая характеристика ТОО «Аяз»

1.1 Технологическая характеристика предприятия

История ТОО «Аяз» начинается с 30-х с промыслово-кооперативной артели «Пимокат». В условиях тяжелого ручного труда и полного отсутствия механизации артель в 1934 году выпустила 4,8 тысяч пар валяной обуви. Это были первые самокатки, выпущенные на Костанайщине в условиях коллективного труда. В первую зиму войны для бойцов Красной Армии город Костанай отправил на фронт 12 548 пар валенок. В 50−60 годы артель расширилась, строились здания и сооружения, на замену ручного труда внедрились механизмы с электроприводом. В 1967 году промыслово-кооперативная картель «Пимокат» была преобразована в Сапоговаляльную фабрику. В 1970 году на северо-западе города началось строительство нового комплекса сапоговаляльной фабрики производительностью 300 тысяч пар валяной обуви в год, и был сдан в эксплуатацию в феврале 1974 года. Решением Исполкома Костанайского городского совета народных депутатов № 365 от 16 июля 1990 года Министерством местной промышленности КазССР сапоговаляльная фабрика была преобразована в Костанайское арендное предприятие валяной обуви. В рамках выполнения Национальной программы разгосударствление и приватизации в Республике Казахстан в 1995 году Арендное предприятие валяной обуви было в Акционерное общество открытого типа «Аяз», а затем в ТОО «Костанайская фабрика валяной обуви» .

Фабрика располагает 2-х этажным корпусом, оснащенным современным технологическим оборудованием для производства валяльно-войлочной продукции.

На фабрике внедрена современная прогрессивная технология валки полуфабриката, позволяющая совместить три технологических процесса.

Сушка валяной обуви осуществляется в автоматизированной сушильной камере.

В 1997 году специалистами ТОО «Аяз» разработана нормативная и технологическая документация на новый вид продукции для Республики Казахстан: войлок иглопробивной из натуральной шерсти. Установлена и действует поточная линия АИН-1800М-1.

Предприятие имеет собственную котельную, работающую на жидком и газообразном топливе, благоустроенное общежитие на 216 койко-мест. Фабричная столовая обеспечивает своих работников горячим питанием.

Освоен выпуск продукции из отходов собственного производства: войлок технологически, войлок подошвенный.

Предприятие имеет собственную котельную, работающую на жидком и газообразном топливе

В перспективе развития предприятия расширение ассортимента валяльно-войлочных изделии и освоение выпуска юртового, седельного войлока, возобновление производства строительного войлока, изготовление тонкошерстного войлока для спецодежды рабочим горячих цехов.

Обеспечение производственной деятельности предприятия осуществляется собственными службами: транспортным цехом, электроцехом, службой главного механика и д.р.

Продукция ТОО «Аяз» пользуется большим спросом большим спросом в северных регионах России, имеются представительства в городах Челябинск, Екатеринбург, Пермь, и т. д.

1.2 Энергетическая характеристика цеха

Приготовительный и чесальный участки объединены поточной линией с пневматическим транспортированием смеси. Используется усовершенствованная технологическая операция «основообразование» позволяющая увеличить производительность труда.

На фабрике внедрена современная прогрессивная технология валки полуфабриката, позволяющая совместить три технологических перехода.

Цех по степени взрывои пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества. В таблице 1.1 приведен перечень станков, установленных в цехе, их количество и номинальные мощности.

Таблица 1.1. Исходные данные по цеху

2. Расчет электрической части ГПП

2.1 Расчетные электрические нагрузки предприятия

Основой рационального решения комплекса технико-экономических вопросов при проектировании электроснабжения современного промышленного предприятия является правильное определение ожидаемых электрических нагрузок. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения. Значения электрических нагрузок определяют выбор всех элементов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты в схеме электроснабжения, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы. Ошибки при определении электрических нагрузок приводят к ухудшению технико-экономических показателей промышленного предприятия.

Электрическая нагрузка характеризует потребление электроэнергии отдельными приемниками, группой приемников в цехе, цехом и заводом в целом. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вдиа нагрузок: активная мощность Р, реактивная мощность Q и ток I.

Номинальная (установленная) мощность одного электроприемника рн — мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте.

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

Расчетные электрические нагрузки в целом по предприятию показаны в таблице 2.1. В таблице 2.2 приведены расчетные значения мощности и тока, а также длины кабельных линий, питающих различных потребителей от шин главной понизительной подстанции. Показаны сечения этих линий, выбранные по нагреву длительно допустимым током и экономической плотности по формулам:

где Iдоп — допустимый длительный ток, А; Iр — расчетный ток линии, А; jэк — экономическая плотность тока (по таблице 1.3.36 [4]).

Таблица 2.1 Расчетные электрические нагрузки по предприятию

Для расчетов токов короткого замыкания приведены удельные активные и реактивные сопротивления этих линии rуд, худ (по справочным данным, в зависимости от сечения токопроводящей жилы), активные и реактивные сопротивления, выраженные в базисных единицах, трансформатора rт*, хт*, кабельных линий rкл*, хкл*, активные, реактивные и полные сопротивления, определенные для соответствующих точек короткого замыкания r?*, х?*, z?*, рассчитанные по формулам:

где Sб = Sном. т — базисная мощность, МВА, Uб = Uср — базисное напряжение, равное среднему напряжению ступени, кВ.

Приведен ток короткого замыкания, рассчитанный по формуле:

.

Для проверки электрооборудования ГПП по электродинамической стойкости к токам короткого замыкания, приведен ударный ток, определенный по формуле:

где Куд — ударный коэффициент (таблица 8.3 [2]).

Таблица 2.2 — Расчетные данные по предприятию

Таблица 2.3 Расчетные нагрузки по предприятию

2.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных подстанций промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснован, так как это оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения. В целях удешевления подстанции примем схему без установки выключателей на стороне высшего напряжения (по схеме блока линия — трансформатор).

Надежности электроснабжения предприятия достигают за счет установки на подстанции двух трансформаторов.

Мощность трансформатора выбираем так, чтобы при выходе из строя одного из них второй (с учетом допустимой перегрузки) обеспечивал питание потребителей I и II категории.

Резервное питание потребителей I и II категории вводится автоматически.

Выбор силовых трансформаторов производится с учётом того, что нормальным режимом работы трансформатора, при котором увеличивается срок действия его работы, считается режим, при котором трансформатор загружен на 65−70% от его номинальной мощности. Поэтому мощность силового трансформатора определяется из выражения:

(2.1)

где S р? — расчетная мощность по подстанции,

S р? =8442 кВА;

n — число трансформаторов, n = 2.

При выборе трансформатора будем учитывать также, что в послеаварийном режиме (при отключении одного трансформатора) оставшийся в работе трансформатор обеспечивал необходимую нагрузку предприятия.

Критерием допустимости аварийных перегрузок трансформатора служит износ изоляции, который допускается значительно выше нормального, а перегрузка ограничивается только температурой наиболее нагретой точки обмотки, которая должна быть еще безопасной для дальнейшей нормальной эксплуатации трансформатора.

Если нагрузка трансформатора до аварийной перегрузки не превышала 0,93 паспортной мощности, его можно перегружать до 5 суток на 40%, но не более 6 часов каждые сутки.

Допустимая аварийная перегрузка трансформатора определяется из выражения:

. (2.2)

Определим номинальную мощность трансформаторов по формуле (2.1):

Принимаем к установке масляные трансформаторы с номинальной мощностью 6300 кВА.

Проверяем перегрузочную способность выбранного трансформатора в аварийном режиме по условию (2.2):

Такая перегрузка трансформатора допустима в течение 5 суток с продолжительностью по 6 часов в сутки (если приняты меры по охлаждению трансформатора).

Основные параметры трансформатора представлены в таблице 4.3.

Таблица 2.4 Технические данные трансформатора ТМ 6300/35/10

2.3 Выбор высоковольтных выключателей

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная нагрузка. Наиболее тяжелой операцией является отключение КЗ и включение на существующее КЗ.

Для установки в ячейках КРУ главной понизительной подстанции выберем вакуумные выключатели, которые являются более безопасными с точки зрения пожаробезопасности.

Основным элементом вакуумного выключателя является вакуумная дугогасительная камера, в которой происходит гашение дуги. Из-за высокой электрической прочности вакуумного промежутка и отсутствия среды, поддерживающей горение дуги, время существования электрической дуги минимально (tоткл = 0,05 с).

К выключателям предъявляются следующие требования:

— надежное отключение любых токов;

— быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;

— быстрое включение выключателя сразу же после отключения (АПВ);

— легкость ревизии и осмотра контактов;

— взрывои пожаробезопасность;

— удобство транспортировки и эксплуатации.

Выбор высоковольтного выключателей производим по следующим параметрам: номинальному напряжению выключателя Uном. в, номинальному длительному току выключателя Iном. в, номинальному току отключения Iном. о и проверяем по электродинамической стойкости в режиме короткого замыкания.

а) Выбор по номинальному напряжению выключателя Uном.в. сводится к сравнению номинального напряжения установки и номинального напряжения выключателя с учетом того, что выключатель в нормальных условиях эксплуатации допускает продолжительное повышение напряжения до 15% номинального:

б) Выбор по номинальному длительному току выключателя Iном.в. сводится к выбору выключателя, у которого номинальный ток является ближайшим большим к расчетному току установки, т. е. должно быть соблюдено условие:

в) Выбор по номинальному току отключения Iном.о. сводится к к выбору выключателя, у которого номинальный ток отключения больше расчетного значения тока короткого замыкания:

г) Проверка по допустимому току динамической стойкости (амплитудное значение ударного тока):

где iу — ударный ток короткого замыкания, кА.

По приведенным выше условиям выберем высоковольтный выключатель на линию, отходящую к ТП № 3. К установке принимаем вакуумный выключатель ВВ-10−20/630У3.

а) Номинальное напряжение выключателя Uном. в:

б) Номинальный длительный ток выключателя Iном. в:

в) Номинальный ток отключения Iном.о., кА:

г) Допустимый ток динамической стойкости (амплитудное значение ударного тока):

Выбранный выключатель проходит по всем параметрам. Технические данные выключателя показаны в таблице 2.5.

Таблица 2.5 Технические данные высоковольтного выключателя ВВ-10−20/630У3

Аналогично выберем высоковольтные выключатели для остальных отходящих линий ГПП.

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.6.

Таблица 2.6. Выбор высоковольтных выключателей

2.4 Выбор разъединителей, отделителей, короткозамыкателей

При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.

Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, так как контактная система не имеет дугогасительных устройств и в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному КЗ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

Однако для упрощения схем электроустановок допускается использовать разъединители для производства следующих операций:

— отключение и включение нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю;

— отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов);

— отключения и включения нагрузочного тока до 15 А трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже;

— разъединителем разрешается производить также операции, если он надежно шунтирован низкоомной параллельной цепью (шиносоединительным или обходным выключателем);

— разъединителями и отделителями разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток воздушных и кабельных линий.

Отключаемый разъединителем ток зависит от его конструкции (вертикальное или горизонтальное расположение ножей), от расстояния между полюсами, от номинального напряжения установки, поэтому допустимость такой операции устанавливается инструкциями и директивными указаниями.

Разъединители выбирают по конструктивному выполнению, роду установки (внутренняя или наружная) и номинальным характеристикам: напряжение, длительный ток, динамическая устойчивость при токах короткого замыкания.

К установке на ОРУ 35 кВ принимаем стандартные горизонтально установленные разъединители наружной установки. РНДЗ-35. Проверим выбранный разъединитель по следующим параметрам.

а) По напряжению установки:

Uуст? Uном,

где Uуст — напряжение установки, кВ; Uном — номинальное напряжение разъединителя, кВ.

б) По длительному току Iном — наибольший длительный ток, который аппарат способен проводить длительное время при номинальном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура аппарата не должна превышать допустимых значений.

Iр? Iном,

Iмах? Iном.

где Iр — расчетный ток в нормальном режиме, А; Imах — расчетный ток в послеаварийном режиме, А, Iмах — номинальный ток разъединителя, А.

в) Проверка разъединителя на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания по амплитудному значению производится по следующему условию:

iу? iпр, с ,

где iу — ударный ток короткого замыкания, кА; iдин — номинальный ток динамической устойчивости разъединителя, кА.

Произведем выбор разъединителей по вышеуказанным условиям:

а) номинального напряжения:

Uуст? Uном,

35 кв = 35 кВ.

б) номинального тока:

Iр? Iном,

243 А < 630 А,

Iмах? Iном,

483 А < 630 А.

в) динамической устойчивости к токам КЗ:

iу? iпр, с ,

14,3 кА < 64 кА.

Разъединитель данной марки проходит по всем условиям. Технические характеристики разъединителя РНДЗ-35−630-У1 представлены в таблице 4.6.

Таблица 2.6 Технические характеристики разъединителя РНДЗ-35−630-У1

Во избежание произвольного отключения разъединителя при протекании тока короткого замыкания привод его должен иметь запирающее устройство.

Отделитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения обесточенной цепи. Также могут отключать ток намагничивания трансформатора, но отключать ток КЗ, возникающий при срабатывании короткозамыкателя, отделителем нельзя, поэтому в схемах управления ОД и КЗ имеется блокировка, которая запрещает отключение отделителя, если через трансформатор тока, установленный в цепи короткозамыкателя, проходит ток.

Отделители выбирают по конструктивному выполнению, роду установки (внутренняя или наружная) и номинальным характеристикам: напряжение, длительный ток, динамическая устойчивость при токах короткого замыкания.

К установке на ОРУ 35 кВ принимаем отделитель наружной установки. ОДЗ-35/630. Проверим выбранный отделитель по номинальным значениям.

а) По напряжению установки:

Uуст? Uном,

где Uуст — напряжение установки, кВ; Uном — номинальное напряжение отделителя, кВ.

б) По длительному току Iном — наибольший длительный ток, который аппарат способен проводить длительное время при номинальном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура аппарата не должна превышать допустимых значений.

Iр? Iном,

Imах? Iном,

где Iр — расчетный ток в нормальном режиме, А; Iмах — расчетный ток в послеаварийном режиме, А, Iмах — номинальный ток отделителя, А.

в) Проверка отделителей на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания по амплитудному значению производится по следующему условию:

iу? iпр, с,

где iу — ударный ток короткого замыкания, кА; iдин — номинальный ток динамической устойчивости отделителя, кА.

Произведем выбор отделителей по вышеуказанным условиям:

а) номинального напряжения:

Uуст? Uном,

35 кв = 35 кВ.

б) номинального тока:

Iр? Iном,

243 А < 630 А;

Iмах? Iном,

483 А < 630 А.

в) динамической устойчивости к токам КЗ:

iу? iпр, с ,

14,3 кА < 80 кА.

Отделитель данной марки проходит по всем условиям. Технические характеристики отделителя ОДЗ-35/630представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 Технические характеристики отделителя ОДЗ-35/630

Короткозамыкатели применяются в упрощенных схемах подстанций для того, чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора после создания искусственного КЗ действием релейной защиты питающей линии.

В установках 35 кВ применяют 2 полюса короткозамыкателя, при срабатывании которых создается искусственное двухфазное КЗ. При включении короткозамыкателя, во избежание возникновения дуги и повреждения аппарата, необходимо обеспечить большую скорость движения ножа (0,4−0,5 с). Для ускорения включения имеются конструкции короткозамыкателей, в которых движение ножу сообщается с силой взрыва порохового заряда.

Короткозамыкатели выбирают по конструктивному выполнению, роду установки (внутренняя или наружная) и номинальным характеристикам: напряжение, номинальный ток включения, динамическая устойчивость при токах короткого замыкания.

К установке на ОРУ 35 кВ принимаем короткозамыкатель наружной установки. КЗ-35. Проверим выбранный короткозамыкатель по номинальным значениям.

а) По напряжению установки:

Uуст? Uном,

где Uуст — напряжение установки, кВ; Uном — номинальное напряжение короткозамыкателя, кВ.

б) По номинальному току включения:

iу? iвкл,

где iу — ударный ток короткого замыкания, кА; iвкл — номинальный ток включения, кА.

в) Проверка короткозамыкателя на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания по амплитудному значению производится по следующему условию:

iу? iпр, с,

где iу — ударный ток короткого замыкания, кА; iдин — номинальный ток динамической устойчивости короткозамыкателя, кА.

Произведем выбор короткозамыкателей по вышеуказанным условиям:

а) номинального напряжения:

Uуст? Uном,

35 кв = 35 кВ.

б) номинального тока включения:

iу? iвкл,

кА < 12,5 кА.

в) динамической устойчивости к токам КЗ:

iу? iпр, с,

14,3 кА < 80 кА.

Короткозамыкатель данной марки проходит по всем условиям. Технические характеристики короткозамыкателя КЗ-35/630 представлены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 Технические характеристики короткозамыкателя КЗ-35/630

2.5 Выбор шин РУ 10 кВ

В РУ 10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими алюминиевыми шинами. Шины предназначены для жёсткого соединения электрических аппаратов на подстанции. Главная их задача — пропускать через себя электрический номинальный ток и различные аварийные токи без разрушения. Сечения шин выбирают по длительно допустимому току. Проверку шин производят на электродинамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбор шин по длительно допустимому току. Для нормальной работы шин в пределах установленных температур нагрева, необходимо, чтобы длительно допустимый ток шин был больше наибольшего расчетного тока:

. (4.3)

Длительно допустимый ток для прямоугольных шин определяется из выражения:

(4.4)

где k1 — поправочный коэффициент при расположении шин горизонтально (плашмя) (k1 = 0,95); k2 — поправочный коэффициент длительно допустимого тока для многополосных шин; k3 — поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды (воздуха) ио, с, отличной от 25⁰С (по таблице 9.8 [2]), Iдоп, о — длительно допустимый ток полосы при температуре шины иш = 70⁰С, температура окружающей среды ио, с = 25⁰С и расположении шин вертикально (на ребро) (таблица 9.6 [2]), А.

Проверка шин на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания. Для соблюдения условий достаточной механической прочности шин при токах короткого замыкания расчетное напряжение в шинах ур не должно превосходить допустимого механического напряжения удоп для данного металла шин на изгиб (таблица 9.9 [2]):

(4.5)

Допустимое максимальное усилие на изгиб в шине в зависимости от допустимого механического напряжения удоп определим из выражения:

(4.6)

где W — момент сопротивления (таблица 9.10 [2]), см³; l — длина пролета между изоляторами, см.

Расчетное усилие от динамического воздействия тока короткого замыкания определим из выражения:

где, а — расстояние между шинами разных фаз, см; l — длина пролета между изоляторами, см, iу—ударный ток короткого замыкания, кА.

Из требования Fр < Fдоп следует

Или

Максимальное расчетное напряжение в шинах ур определим из выражения:

Выберем сечение шины для РУ 10 кВ по приведенным выше условиям. К установке принимаем прямоугольные алюминиевые шины марки АТ, сечением 40×5 мм²:

Рассчитаем длительно допустимый ток, по формуле (2.4) учитывая, что k1 = 1; k2 = 1; k3 = 0,94; Iдоп, о = 540 А:

Произведем проверку сечения выбранных шин по допустимому нагреву из условия (2.3):

Условие выполняется.

Определим допустимое максимальное усилие на изгиб в шине по формуле (2.6), учитывая, что удоп = 650 кгс/см²; W = 0,17hb2 (h — высота шины, см bтолщина шины, см

Определим расчетное усилие от динамического воздействия тока КЗ, учитывая, что iуд = 6,5 кА, а = 50 см:

Определим максимальное расчетное напряжение в шинах ур:

Произведем проверку шин на механическую прочность по условию (2.5):

Выбранная шина проходит по условию механической прочности.

2.6 Выбор изоляторов

В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных изоляторах.

Опорные изоляторы выбирают и проверяют на разрушающее воздействие от ударного тока короткого замыкания. Наихудшим видом нагрузки ля изоляторов является тот, который создает наибольший изгибающий момент. На растяжение и сжатие фарфор имеет значительно большее разрушающее усилие, чем на изгиб. Допустимое усилие определяют умножением разрушающего усилия на коэффициент запаса. Выбор опорных изоляторов будем производить по следующим условиям:

а) по номинальному напряжению:

Uуст? Uном.

б) по допустимой нагрузке на головку изолятора:

Fрасч? Fдоп,

где: Fрасч—сила, действующая на изолятор, кгс;

Fдоп—допустимая нагрузка на головку изолятора, кгс.

Fдоп=0,6 Fразр,

где: Fразр—разрушающая нагрузка на изгиб (по каталогу), кгс.

При вертикальном или горизонтальном расположении изоляторов всех фаз расчетная сила определяется из выражения:

где: kh—поправочный коэффициент на высоту шины, если она расположена на «ребро», iу — ударный ток короткого замыкания, кА.

.

где: Hиз—высота изолятора (по каталогу), мм.

Произведём выбор изоляторов по выше перечисленным параметрам. Принимаем изолятор марки ОИ-10−375У3.

а) Номинальное напряжение:

Uуст? Uном,

10кВ = 10кВ.

б) Допустимая нагрузка на головку изолятора равна:

Fдоп=0,6 Fразр,

Расчетная нагрузка, действующая на изолятор равна:

Коэффициент в данном случае равен kh = 1, так как шины расположены плашмя.

Проверяем изолятор на допустимую нагрузку по условию:

Fрасч? Fдоп,

175 кгс < 225 кгс.

Изолятор данной марки проходит по всем параметрам.

Проходные изоляторы выбирают и проверяют по тем же условиям, что и опорные изоляторы и проверяют на стойкость электродинамического воздействия тока короткого замыкания. Выбор опорных изоляторов будем производить по следующим условиям:

а) по номинальному напряжению:

Uуст? Uном,

б) по номинальному току:

Imax? Iном.

в) по допускаемой нагрузке:

Fрасч ?Fдоп.

Для проходных изоляторов расчётная сила определяется из выражения, Н:

где iу — ударный ток короткого замыкания, кА.

Выберем проходные изоляторы по приведенным выше условиям.

Принимаем изолятор марки ИП-10/630−750.

а) Номинальное напряжение:

Uуст? Uном,

10кВ = 10кВ.

б) Номинальный ток:

Imax? Iном,

486 А < 630А.

в) Допустимая нагрузка на головку изолятора равна:

Fдоп=0,6 Fразр,

Расчетная нагрузка, действующая на изолятор составит:

Проверяем изолятор на допустимую нагрузку по условию:

Fрасч? Fдоп,

175 кгс < 450 кгс.

Изолятор данной марки проходит по всем параметрам.

2.7 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока предназначены для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерительных приборов и защиты от первичных цепей электрооборудования.

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, номинальному току, нагрузке вторичной цепи, обеспечивающей погрешность в пределах паспортного класса точности. Трансформаторы тока проверяют на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания.

а) Выбор трансформаторов тока по номинальному напряжению сводится к сравнению напряжения трансформатора тока и установки, для которой он предназначен. Для этого необходимо соблюсти условие:

Uуст? Uном.

б) Выбор трансформаторов тока по номинальному току состоит в выполнении условия:

Imax.p? Iном.т.т.

в) Выбор трансформаторов тока по нагрузке вторичной цепи для обеспечения его работы в требуемом классе точности состоит в соблюдении условия:

S2p? S2ном,

где S2ном — допустимая (номинальная) нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока (по справочным данным), ВА; S2p — расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока в нормальном режиме, ВА.

Расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока равна:

где I2ном — номинальный ток вторичной обмотки (по справочным данным), А; Z2p — полное сопротивление внешней цепи, Ом.

Полное сопротивление внешней цепи равно:

где ?rприб — сумма сопротивлений последовательно включенных обмоток приборов, Ом; rдоп — допустимое сопротивление соединительных проводов, Ом; rконт — сопротивление контактов (в расчете принимают равным 0,1 Ом).

Необходимое минимальное сечение соединительных проводов:

где lр — расчетная длина соединительных проводов, м; с — удельное сопротивление провода, (по справочным данным), Ом/м.

Расчетную длину соединительных проводов определяют с учетом схемы включения приборов. При одном трансформаторе тока

lр = 2l,

где l — длина провода (в один конец), соединяющего трансформатор тока и прибор.

г) При проверке трансформаторов тока на электродинамическую стойкость находят отношение iу к амплитуде номинального первичного тока, которое называют коэффициентом внутренней электродинамической стойкости:

Этот коэффициент определяется заводом-изготовителем. Следовательно, условие проверки трансформаторов тока записывается так:

.

Произведём выбор трансформаторов тока на сторону высокого напряжения рассчитываемой подстанции по перечисленным выше параметрам.

Принимаем трансформатор марки ТФЗМ-35М-У1, S2ном = 20 ВА, класс точности 0,5.

а) Номинальное напряжение:

Uуст? Uном,

35 кВ = 35 кВ.

б) Номинальный ток:

Imax.p? Iном.т.т,

140 А < 150 А.

в) Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке составляем таблицу 2.9.

Таблица 2.9. Вторичная нагрузка трансформатора тока ВН

Найдем суммарное сопротивление приборов:

Допустимое сопротивление соединительных проводов, при длине расчетной линии lр = 40 м, rдоп = 0,484 Ом.

Тогда, полное сопротивление внешней цепи равно:

.

Расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока равна:

Выбор трансформаторов тока по нагрузке вторичной цепи для обеспечения его работы в требуемом классе точности состоит в соблюдении условия:

S2p? S2ном,

18,6 ВА < 20 ВА.

Необходимое минимальное сечение соединительных проводов равно:

Принимаем кабель АКВРГ сечением 2,5 мм².

г) Проверим электродинамическую стойкость трансформаторов тока:

,

Выбранный трансформатор проходит по всем параметрам выбора.

Выберем трансформаторы тока на низкую сторону рассчитываемой подстанции.

Принимаем трансформатор марки ТШЛП-10 с номинальным током первичной обмотки 1000А и классом точности 0,5, для цепи трансформатора и секционного выключателя. Проверяем его по тем же условиям.

а) Номинальное напряжение:

Uуст? Uном,

10 кВ = 10 кВ.

б) Номинальный ток:

Imax.p? Iном.т.т,

486 А < 1000 А.

в) Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке составляем таблицу 2.10.

Таблица 2.10. Вторичная нагрузка трансформатора тока НН

Найдем суммарное сопротивление приборов:

Допустимое сопротивление соединительных проводов, при длине расчетной линии lр = 20 м, rдоп = 0,148 Ом.

Тогда, полное сопротивление внешней цепи равно:

Расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока равна:

Выбор трансформаторов тока по нагрузке вторичной цепи для обеспечения его работы в требуемом классе точности состоит в соблюдении условия:

S2p? S2ном,

10,2 ВА < 20 ВА.

Необходимое минимальное сечение соединительных проводов:

Принимаем кабель АКВРГ сечением 2,5 мм².

г) Проверим электродинамическую стойкость трансформаторов тока:

Выбранный трансформатор тока проходит по всем параметрам выбора.

2.8 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения предназначены для понижения высокого напряжения до стандартной величины и для отделения цепей измерительных приборов и релейной защиты от цепей высокого напряжения. Для безопасности обслуживания один из выводов вторичной обмотки заземляют.

Трансформаторы напряжения выбирают по номинальному напряжению первичной цепи и классу точности. Соответствие классу точности следует проверить сопоставлением номинальной нагрузки вторичной цепи с фактической нагрузкой от подключенных приборов. Проверку на электродинамичеcкую стойкость аппаратов и ошиновки цепей трансформаторов напряжения производить не нужно.

Выбор трансформаторов напряжения по номинальному напряжению сводится к сравнению напряжения трансформатора напряжения и установки, для которой он предназначен. Для этого необходимо соблюсти условие:

Uуст? Uном.

Выбор трансформаторов напряжения по вторичной нагрузке cводится к выполнению условия:

S2У? Sном (4.7)

где: Sном — номинальная мощность в выбранном классе точности, ВА; S2У—нагрузка всех измерительных приборов, присоединённых к трансформатору напряжения.

Нагрузка измерительных приборов присоединённых к трансформатору напряжения определяется по формуле:

где Pприб и Qприб — соответственно активная и реактивная мощность приборов (по справочным данным)

Выбираем трансформатор напряжения на стороне ВН рассчитываемой подстанции. Принимаем трансформатор марки НОМ-35, класс точности 0,5, Sном = 75ВА. Проверяем его по приведенным выше условиям.

Номинальное напряжение:

Uуст? Uном,

35 кВ = 35 кВ.

Подсчёт нагрузки основной обмотки сведён в таблицу 2.11.

Определим нагрузку измерительных приборов присоединённых к трансформатору напряжения:

По условию (2.7) проверяем будет ли выбранный трансформатор работать в данном классе точности:

S2У? Sном,

30 ВА < 75 ВА.

Выбранный трансформатор будет работать в данном классе точности.

Таблица 2.11. Нагрузка основной обмотки трансформатора напряжения ВН

Выбираем трансформатор напряжения на стороне НН рассчитываемой подстанции. Принимаем трансформатор марки НОМ-10, класс точности 0,5, Sном = 150ВА. Параметры выбора такие же, как и при выборе трансформатора напряжения на высокую сторону.

Номинальное напряжение:

Uуст? Uном,

10 кВ = 10 кВ.

Подсчёт нагрузки основной обмотки сведён в таблицу 2.12.

Таблица 2.12 Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

Определим нагрузку измерительных приборов присоединённых к трансформатору напряжения:

.

По условию (2.7) проверяем будет ли выбранный трансформатор работать в данном классе точности:

S2У? Sном,

136,9 ВА < 150 ВА.

Условие выполняется, поэтому выбранный трансформатор будет работать в данном классе точности.

2.9 Выбор разрядников

Разрядники предназначены для защиты от перенапряжений изоляции.

Вентильный разрядник заключён в фарфоровый корпус и состоит из последовательно включённых многократных искровых промежутков и рабочего сопротивления, выполненного в виде велитовых дисков, имеющего нелинейную вольт-амперную характеристику и обладающего способностью снижать сопротивление при повышении напряжения на нём. Благодаря этому при высоких импульсных напряжениях через разрядник протекают большие токи. Вентильные разрядник применяются для защиты подстанции. Они размещаются недалеко от силовых трансформаторов и являются основными средствами защиты оборудования от перенапряжений. Вентильные разрядники выбираются по номинальному напряжению установки.

Для стороны высокого напряжения принимаем вентильные разрядники марки РВМ-35У1.

Для стороны низкого напряжения принимаем вентильные разрядники марки РВО-10.

Технические данные разрядников представлены в таблице 2.13.

Таблица 2.13. Технические данные разрядников

3. Расчет высоковольтной распределительной сети

3.1 Расчет токов короткого замыкания в установках выше 1 кВ

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения, является возникновение КЗ в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала.

Последствия КЗ весьма разнообразны:

а) механические и термические повреждения оборудования;

б) снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и возможно к полной остановке;

в) выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы;

г) возгорания электроустановок;

д) электромагнитное влияние на линии связи и на системы железнодорожных блокировок и т. п.

Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определить токи КЗ и по ним выбрать электрооборудование и защитную аппаратуру.

Расчет токов КЗ в крупной электрической системе представляет достаточно трудную задачу. Поэтому при расчетах примем ряд упрощений, не вносящих существенных погрешностей в расчеты:

а) отсутствие качаний генераторов (принимается, что в процессе КЗ генераторы вращаются синхронно);

б) линейность всех элементов схемы (неуче насыщения магнитных систем);

в) приближенный учет нагрузок (все нагрузки представляются в виде постоянных по величине активных и индуктивных сопротивлений);

г) пренебрежение распределенной емкостью линий;

д) пренебрежение током намагничивания трансформаторов.

Расчетным видом КЗ для выбора параметров электрооборудования будем считать трехфазное КЗ. При этом будем считать, что КЗ питается от системы с неограниченной мощностью. В этом случае можно считать, что в точке КЗ амплитуда периодической составляющей тока КЗ во времени не изменяется, а следовательно, остается также неизменным в течение всего процесса КЗ и ее действующее значение IП0 = IП. t = I?.

Расчет токов КЗ будем вести в относительных единицах. Принимаем за базисные единицы номинальную мощность трансформатора Sб = Sном. т = 6,3 МВА и среднее напряжение ступени Uб = Uср = 10,5 кВ.

Рисунок 3.1 Расчетная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Базисный ток определим по формуле:

.

Подставляя значения базисной мощности Sб и базисного напряжения Uб определим значение базисного тока:

Ток короткого замыкания определим из выражения:

(3.1)

где Z?* - суммарное полное сопротивление до точки короткого замыкания, отн.ед.

Составляем схему замещения расчетной схемы (рисунок 3.1).

Сопротивления элементов схемы замещения в базисных единицах найдем следующим образом.

Трансформатор:

активное сопротивление:

(3.2)

где ?РК — мощность короткого замыкания трансформатора (по справочным данным), кВт; Sном. т — номинальная мощность трансформатора, МВА.

реактивное сопротивление:

(3.3)

где Uk — напряжение короткого замыкания трансформатора.

Кабельная линия:

активное сопротивление:

(3.4)

где rуд — удельное активное сопротивление линии, Ом/км; l — длина кабельной линии.

реактивное сопротивление:

(3.5)

где худ — удельное активное сопротивление линии, Ом/км; l — длина кабельной линии.

По формулам (3.2−5) определим сопротивления в базисных единицах для трансформатора и кабельной линии. Значения? РК, Uk, rуд, худ принимаем по справочным данным.

Трансформатор Т1:

активное сопротивление:

реактивное сопротивление:

Кабельная линия:

активное сопротивление:

реактивное сопротивление:

Суммарное сопротивление до точки К1 составит:

Суммарное сопротивление до точки К2 составит:

Токи короткого замыкания в рассматриваемых точках по формуле (3.1) составят:

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической стойкости необходимо знать наибольшее значение токов КЗ, которое называют ударным током и определяют по формуле:

(3.6)

где Куд — ударный коэффициент.

Определим ударный ток в точках К1 и К2. Ударный коэффициент Куд определяем по кривой зависимости ударного коэффициента от постоянной времени. Для точки К1 Куд1 = 1,72, для точки К2 — Куд2 = 1,18.

Тогда, ударные токи в рассматриваемых точках по формуле (3.6) составят:

3.2 Выбор сечения кабеля 10 кВ

Передачу электроэнергии от источника питания (главной понизительной подстанции) до приемного пункта (трансформаторной подстанции) осуществим кабельными линиями по радиальной схеме.

Сечения жил кабеля выберем по техническим и экономическим условиям. К техническим условиям выбора относят выбор сечений по нагреву расчетным током и проверка по допустимым потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах. Экономические условия выбора сечения жил кабелей заключаются в определении сечения линии, приведенные затраты на сооружение которой будут минимальны. Экономически целесообразное сечение определяют в результате сопоставления приведенных затрат для линий, имеющих различное сечение. За основу принимают стандартное сечение, выбранное по техническим условиям. Дополнительно рассматривают стандартные ближайшее большее и ближайшее меньшее сечения.

Выбор сечения жил кабелей по нагреву осуществляется по расчетному току. Для параллельно работающих линий в качестве расчетного тока принимаем ток послеаварийного режима, когда одна питающая линия вышла из строя.

Выбор сечения кабеля будем вести в следующей последовательности.

Определяем расчетные токи в нормальном Ip и аварийном Imax, р режимах по формулам:

(3.7)

(3.8)

Определяем допустимый ток кабельных линий I’доп, зависящее от конкретных условий среды и способа прокладки кабеля, из соотношения:

(3.9)

где Iдоп — длительно допустимый ток одиночного кабеля, А; Кдоп — допустимая кратковременная перегрузка по таблице 3.3 [5]; Кс, н — коэффициент снижения токовой нагрузки по таблице 1.3.26.

В зависимости от расчетного тока определяем стандартное большее сечение кабеля из условия:

(3.10)

Приемники электроэнергии в условиях эксплуатации должны быть обеспечены качественной электроэнергией. О качестве электроэнергии судят по подводимому к приемникам напряжению. Так как в проводах линий, подводящих к приемникам электроэнергию, неизбежно происходят потери напряжения, то эти потери нормируются. Для силовых сетей они составляют 5% номинального напряжения.

Проверяем рассматриваемый кабель на потерю напряжения нормальном и аварийном режимах.

Потери напряжения в кабельной линии в нормальном режиме находятся по формуле:

(3.11)

где rуд и xуд — удельное активное и индуктивное сопротивления кабеля, Ом/км; l — длина кабельной линии, км; Ip — расчетный ток линии в нормальном режиме, А.

Потери напряжения в кабельной линии в аварийном режиме находятся по формуле:

(3.12)

где Imax. p — расчетный ток линии в аварийном режиме, А.

Выберем сечение кабельной линии, питающей ТП № 3. Прокладку кабеля выполним в траншее. Для потребителей II второй категории с целью обеспечения требуемой бесперебойности питания принимаем две параллельно проложенные в траншее кабельные линии с расстоянием между ними 100 мм.

Определим расчетные токи в нормальном Ip и аварийном Imax, р режимах по формулам (3.7−8).

Расчетный ток в нормальном режиме по формуле (3.7) составит:

.

Расчетный ток в аварийном режиме по формуле (3.8) составит:

.

В зависимости от места прокладки, свойств среды, механических усилий, воздействующих на кабель, рекомендуются различные марки кабелей.

Выбираем кабель марки ААБл — с алюминиевыми жилами, изоляцией жил из пропитанной бумаги, в алюминиевой оболочке, бронированной стальными лентами, с подушкой из битума.

Выбираем сечение жил кабельных линий, учитывая допустимую перегрузку в аварийном режиме и снижение допустимого тока в нормальном режиме при прокладке кабелей в одной траншее. Принимаем время ликвидации аварии максимальным (6 часов), а коэффициент загрузки линий в нормальном режиме 0,6. Принимаем ближайшее большее стандартное сечение жил трехжильного кабеля равным 16 мм² (Iдоп = 75 А).

Допустимый ток кабельных линий I’доп определяем из соотношения (3.9):

где Кдоп =1,25 [5]; Кс, н = 0,9.

Тогда, допустимый ток кабельной линии:

.

В зависимости от расчетного тока определим стандартное большее сечение кабеля из условия (3.10):

Выбранный кабель проходит по условию нагрева длительно допустимым током.

Проверим рассматриваемый кабель на потерю напряжения нормальном и аварийном режимах.

Определим потери напряжения в линии в нормальном и аварийном режимах по формулам (3.11) и (3.12) соответственно:

в нормальном режиме:

в аварийном режиме:

.

Потери напряжения находятся в пределах нормы.

3.3 Выбор шин РУ 0,4 кВ

В РУ 0,4 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими алюминиевыми шинами. Шины предназначены для жёсткого соединения электрических аппаратов на подстанции. Главная их задача — пропускать через себя электрический номинальный ток и различные аварийные токи без разрушения. Сечения шин выбирают по длительно допустимому току. Проверку шин производят на электродинамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбор шин по длительно допустимому току. Для нормальной работы шин в пределах установленных температур нагрева, необходимо, чтобы длительно допустимый ток шин был больше наибольшего расчетного тока:

. (3.13)

Длительно допустимый ток для прямоугольных шин определяется из выражения:

(3.14)

где k1 — поправочный коэффициент при расположении шин горизонтально (плашмя) (k1 = 0,95); k2 — поправочный коэффициент длительно допустимого тока для многополосных шин; k3 — поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды (воздуха) ио, с, отличной от 25⁰С (таблица 9.8 [2]), Iдоп, о — длительно допустимый ток полосы при температуре шины иш = 70⁰С, температура окружающей среды ио, с = 25⁰С и расположении шин вертикально (на ребро) (таблица 9.6 [2]), А.

Проверка шин на электродинамическую стойкость к токам короткого замыкания. Для соблюдения условий достаточной механической прочности шин при токах короткого замыкания расчетное напряжение в шинах ур не должно превосходить допустимого механического напряжения удоп для данного металла шин на изгиб (таблица 9.9 [2]):

(3.15)

Допустимое максимальное усилие на изгиб в шине в зависимости от допустимого механического напряжения удоп определим из выражения:

(3.16)

где Fдоп — допустимое максимальное усилие на изгиб, кгс; W — момент сопротивления (таблица 9.10 [2]), см3; l — длина пролета между изоляторами, см.

Расчетное усилие от динамического воздействия тока короткого замыкания определим из выражения:

(3.17)

где, а — расстояние между шинами разных фаз, см; l — длина пролета между изоляторами, см, iу—ударный ток короткого замыкания, кА.

Из требования Fр < Fдоп следует

Или

Максимальное расчетное напряжение в шинах ур определим из выражения:

Выберем сечение шины для РУ 0,4 кВ по приведенным выше условиям. К установке принимаем прямоугольные алюминиевые шины марки АТ, сечением 50×5 мм²:

Рассчитаем длительно допустимый ток по формуле (3.14), учитывая, что k1 = 1; k2 = 1; k3 = 0,94; Iдоп, о = 665 А:

Произведем проверку сечения выбранных шин по допустимому нагреву из условия (3.13):

Условие выполняется.

Определим допустимое максимальное усилие на изгиб в шине по формуле (3.16), учитывая, что удоп = 650 кгс/см²; W = 0,17hb2 (h — высота шины, см; bтолщина шины, см

Определим расчетное усилие от динамического воздействия тока КЗ по формуле (3.17), учитывая, что iуд = 6,5 кА, а = 50см:

Определим максимальное расчетное напряжение в шинах ур по формуле:

Произведем проверку шин на механическую прочность по условию (3.15):

Выбранное сечение проходит по всем условиям выбора.

4. Расчет цеховой распределительной сети приготовительного участка

4.1 Выбор схемы электроснабжения цеховой электрической сети приготовительного участка

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

— обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

— быть удобными и безопасными в эксплуатации;

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

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

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Все электроприемники приготовительного участка являются сравнительно небольшими по мощности и относительно равномерно распределены по площади цеха.

Электрооборудование работает при нормальных условиях окружающей среды, грунт в районе цеха — суглинок с температурой +10°С.

Все электроприемники цеха можно отнести ко II категории надежности электроснабжения.

Для электроснабжения электроприемников цеха выбираем магистральную схему типа блок трансформатор-магистраль. Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети), позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогостоящего распределительного устройства или щита.

Для электроснабжения главные магистральные линии использованы не будут, а распределительные магистрали, к которым подключаются электроприемники, будут получать питание непосредственно от шин комплектной трансформаторной подстанции. Это решение объясняется тем, что суммарная потребляемая мощность электроприемников цеха не достигает больших значений, а магистральные шинопроводы рассчитаны на токи до 6300 А. Поэтому, пропускной способности распределительных шинопроводов будет достаточно, чтобы обеспечить надежность и качество электроснабжения электроприемников.

Распределительные магистрали выполним комплектными распределительными шинопроводами, выпускаемые промышленностью. К достоинствам комплектных шинопроводов относится:

— возможность быстрого изменения конфигурации сети;

— очень малые размеры;

— простой монтаж;

— высокая степень защиты от внешних воздействий;

— высокая огнестойкость;

— большая устойчивость к короткому замыканию.

К недостатку можно отнести высокую стоимость, по сравнению с открытыми шинопроводами.

Из-за наличия на участке мостовых кранов шинопроводы располагаем на колонах и закрепляем на кронштейнах. Распределение электроэнергии к отдельным электроприемникам осуществляем от ответвительных коробок шинопроводов проводом марки АПВ, проложенным в металлорукавах.

4.2 Расчет электрических нагрузок приготовительного участка

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы.

Согласно «Указаниям по расчету электрических нагрузок в промышленных установках» ВНИПИ Тяжпромэлектропроект основным методом определения расчетной нагрузки является метод упорядоченных диаграмм, использующий коэффициент расчетной нагрузки:

.

Этот метод по сравнению с другими обеспечивает наибольшую точность (до 10% от значения РР).

Все электроприемники разделим на характерные категории, с одинаковым коэффициентом использования КИ и коэффициентом реактивной мощности cos ц. Исходные данные (количество электроприемников, их номинальные мощности) берем согласно заданию на проектирование, а значения коэффициентов — из справочных данных. При этом по для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы приведение к номинальной мощности, т. е. к длительному режиму (ПВ = 100%) не производится, т.к. значение коэффициента использования включает в себя коэффициент включения, т. е. ПВ.

Номинальная (установленная) мощность одного электроприемника — мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразумевают наибольшую сумму номинальных мощностей одновременно работающих двигателей агрегата.

Групповая номинальная (установленная) активная мощность — сумма активных номинальных мощностей группы электроприемников:

где n — число электроприемников.

Номинальная реактивная мощность qн одного электроприемника — 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 (установленная) реактивная мощность — алгебраическая сумма реактивных мощностей входящих в группу:

где tg ц — паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

Эффективное число электроприемников nэф — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности электроприемников.

Расчетная мощность Рр, Qр — это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузке Iр, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

Резервные электроприемники, ремонтные сварочные трансформаторы и другие ремонтные электроприемники (пожарные насосы, задвижки, вентиляторы и т. п.), при подсчете расчетной мощности не учитываются.

Учитывая, что от шинопроводов питается большое число потребителей, в соответствии с рекомендациями [2], эффективное число приемников nэф будем определять упрощенным способом по формуле:

(2.1)

где n — фактическое число приемников в рассматриваемой группе; n1 — число наибольших приемников в группе, мощность каждого из которых не менее половины мощности наибольшего приемника (включая сам наибольший приемник); Рном — суммарная номинальная мощность приемников всей группы; Рном1 — суммарная номинальная мощность n1 наибольших приемников группы.

Далее, в зависимости от эффективного числа электроприемников и коэффициента использования, по таблицам определяется коэффициент расчетных нагрузок Кр.

Расчетную реактивную нагрузку по этому методу принимают равной:

при nэф? 10

(2.2)

при nэф > 10

. (2.3)

Для расчета разделим все электроприемники на 2 группы: питаемые от ШРА-1 и ШРА-2.

Найдем эффективное число приемников nэф по формуле (2.1):

для ШРА-1:

для ШРА-2:

.

Коэффициенты расчетных нагрузок определяем по таблице 3.2 в зависимости от nэф и КИ: КР1 = 1,25, КР2 = 1,06.

Расчетная активная мощность составит:

для ШРА-1:

кВт,

для ШРА-2:

кВт.

Учитывая, что nэф в обоих случая меньше 10, находим расчетную реактивную мощность по формуле (4.2):

кВар;

кВар;

кВар.

Расчетные токи соответственно для ШРА-1 и ШРА-2 составят:

А;

А.

Таблица 2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

4.3 Расчет осветительных нагрузок приготовительного участка

Правильное выполнение осветительных установок способствует рациональному использованию электроэнергии, улучшению качества выпускаемой продукции, повышению производительности труда, уменьшению количества аварий и случаев травматизма, снижению утомляемости рабочих.

4.3.1 Выбор и расположение светильников

Выбор светильников определяется характером окружающей среды, требованиями к светораспределению и ограничению слепящего действия. Учитывая все это, для освещения цеха выберем дуговые ртутные лампы высокого давления (ДРЛ) со светильниками РСПО5/ГО3. ДРЛ повсеместно применяют для общего освещения производственных помещений высотой более 8 м, в которых не предъявляются высокие требования к правильной цветопередаче. А принятый светильник имеет глубокую кривую силы света, что позволяет эффективно освещать высокие помещения, стены и потолок в которых имеют невысокие отражающие свойства. Выбор числа светильников и мощности ламп показан ниже.

Основным вопросом устройства осветительных установок является правильное расположение выбранных светильников. От его решения зависят экономичность, качество освещения и удобство эксплуатации.

Выбор плана расположения светильников будет производить в соответствии с рекомендациями.

Найдем расчетную высоту h по формуле:

(2.4)

где H — высота помещения, H = 9 м; hр — высота расчетной поверхности над полом, hр =0,8 м; hс — расстояние светильника от перекрытия, hс = 1,2 м.

Тогда, расчетная высота по формуле (4.4) равна:

м.

Найдем оптимальное расстояние между рядами светильников L по формуле:

(4.5)

где л — отношения расстояния между светильниками к расчетной высоте, берется из таблицы 10.4 [5], л = 1; h — расчетная высота, м.

Оптимальное расстояние между рядами светильников по формуле (4.4) равно:

м.

Число рядов светильников в цехе m определяется по формуле:

где LЦ — длина цеха.

Таким образом, число рядов светильников в цехе равно:

.

Расстояние от стены до ближайшего ряда светильников l, м:

.

Отношение расстояния между рядами светильников LА к расстоянию между светильниками LВ в ряду должно быть не более 1,5. Выбираем число светильников в ряду В равным 3. Тогда, расстояние между светильниками LВ равно 5 м. Делаем проверку LА/LВ = 7/5 = 1,4 < 1,5. Условие выполняется.

Таким образом, число светильников в цехе

.

4.3.2 Расчет осветительной установки

Задачей расчета осветительной установки является определение числа и мощности источника света. Расчет будем вести методом коэффициента использования. При расчете по этому методу световой поток ламп Ф каждом светильнике, необходимый для создания заданной минимальной освещенности определяется по формуле:

(4.6)

где Кзап — коэффициент запаса, Кзап = 1,5 (таблица 4.4 [3]); ЕН — норма освещенности, ЕН = 250 лк (таблица 4.4 [3]); z = Ecp/EH — коэффициент минимальной освещенности, z = 1,15 для ламп накаливания и ДРЛ; F — площадь освещаемой поверхности; N — число светильников, N = 48; Ю — коэффициент использования светового потока источника света, Ю = 0,73.

Тогда, световой поток ламп по формуле (4.6) равен:

По полученному световому потоку выбираем лампу типа ДРЛ мощностью 400 Вт со световым потоком Ф = 20 400 лм (Фном отличается от Фр на 5,43%; допустимо, чтобы поток лампы отличался от расчетного значения на -10 — +20% [5]).

Расчетная нагрузка Рр. о питающей осветительной сети определяется по формуле:

(4.7)

где КС — коэффициент спроса, КС = 0,95; КПРА — коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре, КПРА = 1,1; Руст — установленная мощность ламп, Руст = 48•0,4 = 19,2 кВт.

Тогда, расчетная нагрузка по формуле (4.7) равна:

.

Полная расчетная осветительная нагрузка составит:

Значение тока Iр. о протекающего по линиям осветительной сети находятся по формулам:

для трехфазной сети:

для однофазной сети:

где Рр, о — активная расчетная мощность одной и трех фаз, кВт; cos ц — коэффициент мощности нагрузки; UФ и UЛ — номинальные напряжения сети — фазное и линейное, кВ.

Рассчитаем ток, протекающий по линии Л1 напряжением 380 В от РУ 0,4 кВ до осветительных щитков:

Расчетный ток распределительных линий будет зависеть от расчетной мощности каждой линии. Расчетную мощность найдем по формуле (4.7):

для линии Л2:

для линий Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11:

для линии Л7:

для линии Л10:

.

Расчетный ток для линии Л2 составит:

для линий Л3, Л4, Л5, Л6, Л8, Л9, Л11:

для линий Л7:

для линий Л10:

.

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.2.

Важным условием при проектировании осветительных установок является обеспечение у ламп необходимого уровня напряжения. Для этих целей выполним расчет сети по потере напряжения.

Величина располагаемых (допустимых) потерь напряжения в сети определяется из выражения:

(4.8)

где ?Uд — располагаемая потеря напряжения в сети; Ux. x — номинальное напряжение при холостом ходе трансформатора Ux. x = 105%; Uмин — допускаемое напряжение у наиболее удаленных ламп, Umin = 97,5%; ?Uт — потеря напряжения в трансформаторе, приведенная ко вторичному напряжению.

Все значения в формуле (4.8) указаны в процентах.

Таблица 4.2. Расчет мощностей и токов осветительной сети

Потеря напряжения? Uт зависит от мощности трансформатора, его загрузки, коэффициента мощности питаемых электроприемников и определяется с достаточным приближение по формуле:

где в — коэффициент загрузки трансформатора; Uат и Uрт — активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора; cos ц — коэффициент мощности на зажимах вторичной обмотки трансформатора.

Значения Uат и Uрт определяются следующими выражениями:

где Рк — потери короткого замыкания, кВт; Рн — номинальная мощность трансформатора, кВ· А; Uк — напряжение короткого замыкания, %.

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора составят:

Потеря напряжения в трансформаторе равна:

Определим допустимую потерю напряжения в сети по формуле (2.8):

4.4 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

При выборе числа цеховых трансформаторов необходимо учитывать категории надежности потребителей. Большинство электроприемников цехов чесального и сушильного участков относятся ко II категории. Надежности электроснабжения предприятия достигают за счет установки на подстанции двух трансформаторов. Поэтому, принимаем к установке комплектную двухтрансформаторную подстанцию. Резервное питание потребителей II категории вводится действиями дежурного персонала.

Мощность трансформатора выбираем так, чтобы при выходе из строя одного из них, второй (с учетом допустимой перегрузки) обеспечивал питание потребителей II категории. Также при выборе мощности трансформаторов учитывается рациональной коэффициент их загрузки в нормальном режиме. Таким образом, номинальная мощность трансформаторов Sном. т определяется по формуле:

(4.9)

где N — число трансформаторов; КЗ — коэффициент загрузки, на двухтрансформаторных цеховых подстанциях при преобладании потребителей II категории оптимальный коэффициент загрузки принимают в пределах КЗ = 0,7−0,8 [5]; Sр — расчетная нагрузка за наиболее загруженную смену, кВА.

При выборе трансформатора будем учитывать также, что в послеаварийном режиме (при отключении одного трансформатора) оставшийся в работе трансформатор обеспечивал необходимую нагрузку предприятия. Критерием допустимости аварийных перегрузок трансформатора служит износ изоляции, который допускается значительно выше нормального, а перегрузка ограничивается только температурой наиболее нагретой точки обмотки, которая должна быть еще безопасной для дальнейшей нормальной эксплуатации трансформатора. Если нагрузка трансформатора до аварийной перегрузки не превышала 0,93 паспортной мощности, его можно перегружать до 5 суток на 40%, но не более 6 часов каждые сутки.

Допустимая аварийная перегрузка трансформатора определяется из выражения:

. (4.10)

Из формулы (4.9) номинальная мощность каждого цехового трансформатора равна:

Принимаем к установке КТП 2*630/10/0,4, с трансформаторами кентауского трансформаторного завода ТМ-630/10 номинальной мощностью по 630 кВА. Основные технические характеристики трансформаторов приведены в таблице 4.3.

Проверяем перегрузочную способность трансформаторов в аварийном режиме по условию (4.10):

Такая перегрузка трансформатора допустима в течение 5 суток с продолжительностью по 6 часов в сутки (если приняты меры по охлаждению трансформатора).

Таблица 4.3 Технические характеристики трансформаторами ТМ-630/10

4.5 Выбор комплектных шинопроводов

Распределительные шинопроводы типа ШРА предназначены для выполнения внутри помещений распределительных электрических сетей в системах с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц.

Комплектный шинопровод представляет собой отдельные сборные секции из трех-четырех шин, заключенные в оболочку и скрепленные самой оболочкой. Основными преимуществами комплектных шинопроводов являются:

— очень малые размеры;

— простой монтаж;

— высокая степень защиты от внешних воздействий;

— высокая огнестойкость;

— большая устойчивость к короткому замыканию.

Распределительные шинопроводы типа ШРА выбирают по расчетному току Iр из условия:

где Iном — номинальный ток шинопровода.

Потерю напряжения в распределительном шинопроводе определяют по формуле:

где Iр — расчетный ток шинопровода; l — длина шинопровода; rуд, xуд — соответственно удельные активные и индуктивные сопротивления шинопровода.

В условиях нормальной работы приемников электроэнергии отклонения напряжения от номинального значения на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления допускаются в пределах — 5−10%.

Комплектные шинопроводы проверяют на электродинамическую стойкость по условию:

где iуд — расчетный ударный ток КЗ в начале шинопровода, кА; iуд. доп — допустимый ударный ток КЗ для данного типа шинопровода, кА.

Произведем выбор распределительных шинопроводов ШРА-1 и ШРА-2 по приведенными выше параметрам.

Для ШРА-1выбираем комплектный распределительный шинопровод серии ШРА73, длительно-допустимый ток Iном которого равен 250 А.

Определим потерю напряжения в конечной точке шинопровода:

.

Падение напряжения находится в допустимых пределах.

Проверим шинопровод на электродинамическую стойкость:

.

Для ШРА-2 выбираем комплектный распределительный шинопровод серии ШРА73, длительно-допустимый ток Iном которого равен 400 А.

.

Определим потерю напряжения в конечной точке шинопровода:

.

Падение напряжения находится в допустимых пределах.

Проверим шинопровод на электродинамическую стойкость:

.

Технические характеристики комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА73 показаны в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Технические характеристики комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА73

4.6 Выбор сечения проводников осветительной сети

Проводники электросетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля-Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания тока. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током и отдачей в окружающую среду.

Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельно допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.

Длительнопротекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.

Сечение проводов осветительной сети определим исходя из допустимой потери напряжения с последующей проверкой на нагрев по таблицам допустимых нагрузок. Проверка по экономической плотности тока в соответствии с указаниями ПУЭ для осветительных сетей не производится.

Для определения сечения проводов осветительных сети используют следующую формулу:

(4.11)

где М = Ррl — момент нагрузок, кВт•м; Рр — расчетная нагрузка, кВт; l — длина участка сети, м; ?U% - потеря напряжения на участке (допустимая); С1 — расчетный коэффициент (таблица 16.2 [8]).

Проверка сечения проводов по нагреву сводится к сравнению расчетного тока Iр с длительно допустимыми токами нагрузки, приводимыми для стандартных сечений проводов в таблицах ПУЭ и справочниках:

(4.12)

где Iр — расчетный ток линии, А; Iдл. доп — длительно допустимый ток проводника, А.

Выберем сечение питающего провода осветительной сети Л1 напряжением 380 В. Расчетная нагрузка на участке равна 20,06 кВт, длина линии составляет 105 м. Допустимая потеря напряжения равна 4% (см. гл. 2.2.2). Расчетный коэффициент для трехфазной линии равен 50.

Сечение провода по формуле (4.11) равно:

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией с защитным покровом из выпресованной оболочки из поливинилхлорида марки ААШв сечением 4×10 мм2, Iдл. доп = 65 А.

Произведем проверку выбранного кабеля по нагреву длительно допустимым током по формуле (4.12):

Кабель выбранного сечения проходит по всем параметрам выбора.

Выберем сечение распределительного провода осветительной сети Л2 напряжением 220 В. Расчетная нагрузка на участке равна 5,02 кВт, длина линии составляет 37 м. Допустимая потеря напряжения равна 4% (см. гл. 2.2.2). Расчетный коэффициент для трехфазной линии равен 8,3.

Сечение провода по формуле (4.12) равно:

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках сечением 2×6 мм2, Iдл. доп = 50 А.

Произведем проверку выбранного кабеля по нагреву длительно допустимым током по формуле (4.12):

Кабель выбранного сечения проходит по всем параметрам выбора.

Выбор и проверку сечения кабельных линий для остальных участков проведем аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 Расчет и выбор проводников осветительной сети

4.7 Выбор осветительных щитков

Для приема и распределения электроэнергии к осветительным установкам, защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания применим силовые распределительные пункты. Распределительные пункты выбирают по номинальному напряжению, номинальному току, типу исполнения (встроенный или навесной), по количеству встраиваемых выключателей.

Выбираем силовой распределительный пункт серии ПР-8-РУ новосибирского завода «Электрокомплектсервис» .

Пункты силовые распределительные ПР-8-РУ применяют в сетях электроснабжения промышленных предприятий, административных и жилых зданий. Пункты силовые распределительные серии ПР-8-РУ предназначены для распределения электрической энергии и защиты электрических установок напряжением до 660 (380) В переменного тока частотой 50 и 60 Гц при перегрузках и токах короткого замыкания, для нечастых (до 6 в час) оперативных включений и отключений электрических цепей в сетях с глухозаземленной нейтралью. Они разработаны для эксплуатации в цепях с номинальным напряжением до 660 В переменного тока частотой 50 Гц. Распределительные пункты используют для компенсации реактивной мощности в осветительных сетях с лампами типа ДРЛ, для чего они могут комплектоваться четырьмя конденсаторами КС1−038−18У3. Технические характеристики распределительного пункта показаны в таблице 4.6.

Таблица 4.6 Технические характеристики распределительного пункта

Шкаф представляет собой стальной корпус с дверцей, снабженной защелкой или замком. Внутри корпуса при помощи спецпланок, монтажных панелей либо к DIN-рейкам крепятся автоматические выключатели и другая аппаратура. Для защиты обслуживающего персонала от случайного прикосновения к токоведущим элемента предусмотрена установка фальшпанели. Все контакты для присоединения питающих и отходящих линий доступны для обслуживания с передней стороны шкафа при снятом фасадном обрамлении. Замена отдельных автоматов возможна без демонтажа щитка.

Устанавливаемые в шкафы выключатели распределения могут быть в любом сочетании по номинальным тока расцепителей. При этом одновременная суммарная нагрузка выключателей не должна превышать номинальный ток шкафа.

Шкафы допускают ввод проводом в трубах и кабелем с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами и вывод проводом в трубах и кабелем с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными и алюминиевыми жилами. Конструкция шкафов обеспечивает ввод и вывод питающих и отходящих линий как сверху, так и снизу.

4.8 Расчет токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения, является возникновение КЗ в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала.

Последствия КЗ весьма разнообразны:

а) механические и термические повреждения оборудования;

б) снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и возможно к полной остановке;

в) выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы;

г) возгорания электроустановок;

д) электромагнитное влияние на линии связи и на системы железнодорожных блокировок и т. п.

Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определить токи КЗ и по ним выбрать электрооборудование и защитную аппаратуру.

Расчет токов КЗ в крупной электрической системе представляет достаточно трудную задачу. Поэтому при расчетах примем ряд упрощений, не вносящих существенных погрешностей в расчеты:

а) отсутствие качаний генераторов (принимается, что в процессе КЗ генераторы вращаются синхронно);

б) линейность всех элементов схемы (неуче насыщения магнитных систем);

в) приближенный учет нагрузок (все нагрузки представляются в виде постоянных по величине активных и индуктивных сопротивлений);

г) пренебрежение распределенной емкостью линий;

д) пренебрежение током намагничивания трансформаторов.

Расчетным видом КЗ для выбора параметров электрооборудования будем считать трехфазное КЗ. При этом будем считать, что КЗ питается от системы с неограниченной мощностью. В этом случае можно считать, что в точке КЗ амплитуда периодической составляющей тока КЗ во времени не изменяется, а следовательно, остается также неизменным в течение всего процесса КЗ и ее действующее значение IП0 = IП. t = I?.

При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток КЗ. Поэтому в расчетах будем учитывать активные rдоб и реактивные xдоб сопротивления всех переходных контактов на распределительных устройствах подстанции, на зажимах аппаратов питаемых от шинопроводов. Точная оценка сопротивлений контактных соединений и переходного сопротивления в точке короткого замыкания представляет трудную задачу, так как величина этих сопротивлений зависит от многих факторов. При отсутствии достоверных данных о переходных сопротивлениях контактов допускается учитывать их, совокупно включая сопротивление переходных контактов в точке короткого замыкания. Значения переходных сопротивлений для расчета токов короткого замыкания берем из.

Расчет токов короткого замыкания будем вести в именованных единицах. При этом сопротивления элементов системы электроснабжения высшего напряжения необходимо привести к низшему напряжению по формулам:

где rНН и хНН — соответственно активное и индуктивное сопротивления элемента системы электроснабжения высшего напряжения, приведенные к низшему напряжению, мОм; rВН и хВНсоответственно активное и индуктивное сопротивления элемента системы электроснабжения высшего напряжения, мОм; Uном. НН и Uном. ВН — соответственно номинальные напряжения высшей и низшей ступеней, кВ.

Рисунок 4.1 Расчетная схема и схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Сопротивление цехового трансформатора определяется из выражения:

активное сопротивление:

(4.13)

где ?РК — мощность короткого замыкания трансформатора (по справочным данным), кВт; Uном — номинальная напряжение, кВ; Sном. т — номинальная мощность трансформатора, МВА.

реактивное сопротивление;

(4.14)

где Uk — напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Сопротивление шинопровода определяется из выражения:

активное сопротивление:

где rуд — удельное сопротивление шинопровода, Ом/км; l — длина шинопровода.

реактивное сопротивление:

где худ — удельное сопротивление шинопровода, Ом/км; l — длина шинопровода.

Ток короткого замыкания определим из выражения:

(4.15)

где r? K — суммарное активное сопротивление до точки короткого замыкания, мОм; x? K — суммарное реактивное сопротивление до точки короткого замыкания, мОм.

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической стойкости необходимо знать наибольшее значение токов КЗ, которое называют ударным током и определяют по формуле:

(4.16)

где IK — ток короткого замыкания, Куд — ударный коэффициент.

Рассчитаем ток короткого замыкания на зажимах вводного выключателя, установленного в КТП (точка К1).

Приведем сопротивления системы электроснабжения высшего напряжения к напряжению 0,4 кВ (исходные данные берем из главы 4.7):

.

Определим сопротивление цехового трансформатора по формулам (4.13−4.14):

активное сопротивление:

реактивное сопротивление:

.

Суммарное активное сопротивление составит:

Суммарное реактивное сопротивление составит:

Ток короткого замыкания в точке К1 по формуле (4.15) равен:

Ударный ток в точке К1 по формуле (4.16) равен:

где Куд = 1 (таблица 8.3 [2]).

Аналогично рассчитаем ток короткого замыкания на зажимах автомата, защищающего шинопровод ШРА-1 (точка К2), с учетом добавочного сопротивления катушек (расцепителей) максимального тока автоматического выключателя низкого напряжения. Величина тока короткого замыкания на зажимах автомата, защищающего шинопровод ШРА-2 и автомата, защищающего кабельную линии осветительной сети по расчету равна току короткого замыкания в точке К2, так сопротивлении сборных шин КТП отличается друг от друга незначительно в каждой из указанных точек. Это объясняется небольшой длиной сборных шин. Результаты расчетов показаны в таблице.

Рассчитаем ток короткого замыкания в конечной точке шинопровода ШРА-1 (точка К3). При этом учитываем сопротивление шинопровода.

Определим сопротивление шинопровода:

активное сопротивление:

реактивное сопротивление:

Суммарное активное сопротивление составит:

Суммарное реактивное сопротивление составит:

Ток короткого замыкания в точке К3 по формуле (4.15) равен:

Ударный ток в точке К3 по формуле (4.16) равен:

где Куд =1,05 (таблица 8.3 [2]).

Аналогично рассчитаем ток короткого замыкания в конечной точке шинопровода ШРА-2 (точка К4).

Результаты расчетов токов короткого замыкания приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 Расчетные значения тока КЗ в цеховой сети

4.9 Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горючей изоляцией; силовые сети, когда по условию технолотческого процесса или режима их работы могут возникать длительные перегрузки; сети взрывоопасных помещений или взрывоопасных наружных установок независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.

4.9.1 Выбор автоматических воздушных выключателей

Автоматические выключатели с естественным воздушным охлаждением предназначены для отключения тока при КЗ, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, для оперативных включений и отключений электрических цепей на напряжение до 1 кВ.

Выключатели рассчитаны для работы в продолжительном режиме и предназначены для эксплуатации в следующих условиях:

— установка на высоте не более 1000 м над уровнем моря;

— температура окружающей среды от минус 40 до плюс 40 0С;

— относительная влажность не более 90%;

— место установки выключателя защищено от попадания воды, масла, эмульсии и т. д.;

— окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая проводящую пыль в количестве, нарушающем работу выключателя, и агрессивные газы и пары в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Автоматические выключатели снабжают специальным устройством релейной защиты, которое выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты.

Номинальным током выключателя Iном. в называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений. Номинальным током расцепителя Iном. рав называют указанный в паспорте ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывания расцепителя.

Выбор автоматических выключателей производят по следующим параметрам.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети :

.

Номинальный ток выключателя Iном. в должен быть не меньше номинального тока линии:

.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т следует выбирать по условию:

.

Автоматический выключатель не должен срабатывать при допустимых кратковременных перегрузках защищаемого элемента цепи; это достигается путем выбора уставки электромагнитного расцепителя Iном.рас.э:

где IПИК: — пиковый ток группы приемников. Пиковый ток группы приемников определяют как арифметическую сумму наибольшего из пусковых токов двигателей, входящих в группу, и расчетного тока всей группы приемников за вычетом расчетного тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток:

где iном. max — номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током, А; iпуск. max — наибольший из пусковых токов двигателей группы приемников, А, iпуск. max = 5Iном. max — для двигателей с короткозамкнутым ротором, iпуск. max = 3Iном. max — для сварочных трансформаторов; IP — расчетный ток группы приемников, А; kИ — коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток.

Отключающая способность должны быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу Iоткл. ном.в.:

.

Произведем выбор автоматических выключателей, установленных на РУ 0,4 кВ КТП.

Выберем и проверим автоматический выключатель SF1, защищающий цеховой трансформатор.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети :

.

Номинальный ток выключателя Iном. в должен быть не меньше номинального тока линии:

.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т:

Автоматический выключатель не должен срабатывать при допустимых кратковременных перегрузках защищаемого элемента цепи; это достигается путем выбора уставки электромагнитного расцепителя Iном.рас.э.:

Отключающая способность должны быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу Iоткл. ном.в.:

;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА57−3933 Дивногорского завода низковольтной аппаратуры.

Расчет остальных автоматических выключателей, установленных для защиты ШРА-1, ШРА-2 и кабельной сети освещения произведем аналогично, Результаты расчетов сведены в таблицу 4.8.

Таблица 4.8 Выбор и проверка выключателей нагрузки РУ 0,4 кВ

Комплектно с распределительными шинопроводами поставляются автоматические воздушные выключатели. Они установлены в специальных ответвительных коробках шинопроводов.

Выбор и проверку автоматических выключателей, установленных в ответвительных коробках шинопроводов произведем аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.9.

Таблица 4.9 Выбор и проверка выключателей, установленных в ответвительных коробках шинопроводов

4.9.2 Выбор защиты осветительных сетей

Для защиты осветительных сетей выбираем автоматические выключатели, которые являются более надежными по сравнению с предохранителями, лучше защищают от неполнофазных режимов, более универсальны. Для установки принимаем однополюсные автоматы серии А3160, которые установим в осветительных щитках ПР-8-РУ.

Выбор автоматических выключателей производят по следующим параметрам.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети:

.

Номинальный ток выключателя Iном. в должен быть не меньше номинального тока линии:

.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т следует выбирать по условию:

(4.17)

Выберем автоматический выключатель для защиты линии Л2 осветительной сети. Расчетные данные берем из главы 4.6.

Номинальное напряжение выключателя Uном.в.не должно быть ниже напряжения сети:

220 В = 220 В.

Номинальный ток выключателя Iном. в должен быть не меньше номинального тока линии:

50 А > 26,9 А.

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки теплового расцепителя Iном.рас.т следует выбирать по условию (4.17):

26,9 • 1,3 = 34,9 А.

50 А > 34,9 А.

Выбранный выключатель проходит по всем параметрам выбора. Выбор и проверку автоматических выключателей, предназначенных для защиты других линий освещения, произведем аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.10.

Таблица 4.10 Выбор автоматических выключателей для защиты осветительных сетей

5. Расчет заземления и молниезащиты

5.1 Расчёт защитного заземления

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие намокания на корпус и по другим причинам.

В нашем случае требуется рассчитать контурный заземлитель подстанции, понижающей, которая имеет два трансформатора 6/0,4кВ с заземлёнными нейтралями на стороне 0,4 кВ, размещённый в отдельно стоящем здании одноэтажном кирпичном, размеры которого в плане указаны на рисунке.

Естественный заземлитель отсутствует. Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна протяженность линий 6 кВ — кабельных К, Л= 0,15 км, воздушных В, Л=0. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных электродовуголков № 50 длиной 3 м, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода — стальной полосы длиной

LГ= 2.12+2.16=56 м,

сечением 4×40 мм, уложенной в землю на глубину to= 0,8 м. Удельное сопротивление земли на участке, где предполагается сооружение заземления, равны для вертикального электрода В, РАСЧ= 150 Ом. м, для горизонтального электрода Г, РАСЧ=350 Ом. м (для суглинка).

Расчётный ток замыкания на землю со стороны 6 кВ определяем по приближённой формуле:

А,

где U — линейное напряжение сети, кВ; - длины электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

Тогда по:

А.

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ, согласно требованиям ПУЭ:

Ом.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Таким образом, расчётным является сопротивление заземления RЗ = 4 Ом.

Требуемое сопротивление искусственного заземления RИ=RЗ=4 Ом, так как естественный заземлитель отсутствует.

Заземлитель размещён по периметру подстанции. Предварительно схему заземлителя наносим на план подстанции с её основными размерами (рисунке 1). При этом вертикальные электроды назмещены на расстоянии, а = 4 м один о другого.

Из предварительной схемы видно, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода LГ = 56 м, а количество вертикальных электродов n = 14 штук.

Определяем расчётные сопротивления растеканию электродоввертикального RВ и горизонтального RГ по формулам:

Ом,

Ом,

где рВ, РАСЧ, рГ, РАСЧ — удельное сопротивление земли для вертикального и горизонтального электродов, Ом. м,

В, LГ — длины вертикального и электродов, м,

b1, b2 — ширина полки уголка и ширина полосы, м,

м,

где t0 — глубина прокладки горизонтального электрода, м.

Тогда по и:

Ом,

Ом.

Рисунок 5.1 Заземлительная сеть ГПП

Далее, имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что и=14мм, а отношение а/ = 4/3 = 1,3, определяем коэффициенты использования электродов заземлителя — вертикальных = 0,58, горизонтального = 0,63.

Теперь находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя по формуле:

Ом.

Тогда по:

Ом.

Это значение сопротивления удовлетворяет требуемому RЗ = 4 Ом, следовательно, принимаем этот результат, как окончательный.

Итак: проектируемый заземлитель — контурный, состоит из 14 вертикальных электродов из уголка № 50 длиной 3 м и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 56 м, сечением 4×40 мм, заглубленных в землю на 0,8 м.

5.2 Расчет молниезащиты

От прямых ударов молнии электроустановки защищают молниеотводами. По для защиты зданий закрытых подстанций, крыша которых не имеет металлических или железобетонных покрытий либо несущих конструкций или не может быть заземлена, следует устанавливать стержневые молниеотводы непосредственно на крыше зданий.

Конкретно для нашего случая требуется построить зону зашиты двойного стержневого молниеотвода на высоте 4 м, равной высоте здания подстанции. Молниеотводы расположены на крыше с торцов здания. Высота молниеприёмника 11 м. Расстояние между молниеприёмниками 15 м.

Определяем разность между высотой молниеприёмника h и высотой здания hХ:

h A = h — h X = 11- 4 = 7 м.

Определяем радиусы r X зон защиты на высоте h X:

м.

Определим наименьшую ширину зоны защиты 2 bХ двух одинаковых молниеприёмников на высоте hX:

м,

где, а — расстояние между молниеприёмниками.

По полученным значениям строится сечение зоны защиты.

Согласно рекомендациям ПУЭ необходимо делать объединенные заземляющие устройства для защитного и молниезащитного заземления из условий безопасности людей и сооружений ввиду возможности появления разности потенциалов между раздельно выполненными контурами заземления.

Для молниезащитных устройств необходимо иметь концентрированное заземляющее устройство.

Желательно концентрированный контур заполнять из вертикальных электродов, что вытекает из условия более эффективного процесса стекания импульсного тока с конструкции заземления в грунт. Использование протяженных заземлителей в виде полос, лучей или замкнутого контура для молниезащиты малоэффективно из-за наличия индуктивности, которая будет препятствовать распространению тока молнии по протяжённому электроду.

Рисунок 5.2 Зона молниезащиты подстанции

Таким образом, молниезащитное заземление будем делать из вертикальных электродов, выполненных из уголков № 50 длиной 3 м, и горизонтального электрода — стальной полосы сечением 4×40 мм, который соединяем верхние концы вертикальных электродов. Расстояние между вертикальными электродами, а = 5 м, их количество n=3. Горизонтальная полоса углублена в землю на 0,8 м. Вертикальные электроды расположены в ряд.

Расчётное сопротивление растеканию вертикального электрода аналогично RB защитного заземления, то есть RB=41,2 Ом.

Сопротивление растеканию горизонтального электрода:

Ом,

где Lr = а (n-1) = 5. (3 — 1) = 10 м.

Коэффициенты использования электродов молниезащитного заземления: вертикального — = 0,85, горизонтального — = 0,85.

Тогда по:

Ом.

Таким образом, общее сопротивление заземления с учётом того, что молниезащитные заземления обоих молниеприёмников соединены с защитным заземлением, равно:

Ом,

что удовлетворяет условию ПУЭ по значению защитного заземления сопротивления.

6. Экономика

Передачу электроэнергии от источника питания (главной понизительной подстанции) до приемного пункта (трансформаторной подстанции) осуществим кабельными линиями.

Сечения жил кабеля выберем по техническим и экономическим условиям. К техническим условиям выбора относят выбор сечений по нагреву расчетным током и проверка по допустимым потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах. Экономические условия выбора сечения жил кабелей заключаются в определении сечения линии, приведенные затраты на сооружение которой будут минимальны. Экономически целесообразное сечение определяют в результате сопоставления приведенных затрат для линий, имеющих различное сечение. За основу принимают стандартное сечение, выбранное по техническим условиям.

Дополнительно рассматривают стандартные ближайшее большее и ближайшее меньшее сечения.

Выбор сечения жил кабелей по нагреву осуществляется по расчетному току. Для параллельно работающих линий в качестве расчетного тока принимаем ток послеаварийного режима, когда одна питающая линия вышла из строя. Выбор сечения кабеля будем вести в следующей последовательности.

Определяем расчетные токи в нормальном Ip и аварийном Imax, р режимах по формулам :

(6.1)

(6.2)

Определяем допустимый ток кабельных линий I’доп, зависящее от конкретных условий среды и способа прокладки кабеля, из соотношения:

где Iдоп — длительно допустимый ток одиночного кабеля, А; Кдоп — допустимая кратковременная перегрузка по таблице 3.3 [5]; Кс, н — коэффициент снижения токовой нагрузки по таблице 1.3.26.

В зависимости от расчетного тока определяем стандартное большее сечение кабеля из условия:

Приемники электроэнергии в условиях эксплуатации должны быть обеспечены качественной электроэнергией. О качестве электроэнергии судят по подводимому к приемникам напряжению. Так как в проводах линий, подводящих к приемникам электроэнергию, неизбежно происходят потери напряжения, то эти потери нормируются. Для силовых сетей они составляют 5% номинального напряжения.

Проверяем рассматриваемый кабель на потерю напряжения нормальном и аварийном режимах.

Потери напряжения в кабельной линии в нормальном режиме находятся по формуле:

(6.3)

где rуд и xуд — удельное активное и индуктивное сопротивления кабеля, Ом/км; l — длина кабельной линии, км; Ip — расчетный ток линии в нормальном режиме, А.

Потери напряжения в кабельной линии в аварийном режиме находятся по формуле:

(6.4)

где Imax. p — расчетный ток линии в аварийном режиме, А.

Выберем сечение кабельной линии, питающей ТП № 3. Прокладку кабеля выполним в траншее. Для потребителей II второй категории с целью обеспечения требуемой бесперебойности питания принимаем две параллельно проложенные в траншее кабельные линии с расстоянием между ними 100 мм.

Определим расчетные токи в нормальном Ip и аварийном Imax, р режимах по формулам :

Расчетный ток в нормальном режиме по (6.1) составит:

.

Расчетный ток в аварийном режиме по (6.2) составит:

.

В зависимости от места прокладки, свойств среды, механических усилий, воздействующих на кабель, рекомендуются различные марки кабелей.

Выбираем кабель марки ААБл — с алюминиевыми жилами, изоляцией жил из пропитанной бумаги, в алюминиевой оболочке, бронированной стальными лентами, с подушкой из битума.

Выбираем сечение жил кабельных линий, учитывая допустимую перегрузку в аварийном режиме и снижение допустимого тока в нормальном режиме при прокладке кабелей в одной траншее. Принимаем время ликвидации аварии максимальным (6 часов), а коэффициент загрузки линий в нормальном режиме 0,6. Принимаем ближайшее большее стандартное сечение жил трехжильного кабеля равным 16 мм² (Iдоп = 75 А).

Допустимый ток кабельных линий I’доп определяем из соотношения:

где Кдоп =1,25 [5]; Кс, н = 0,9.

Тогда, допустимый ток кабельной линии равен:

.

В зависимости от расчетного тока определим стандартное большее сечение кабеля:

Выбранный кабель проходит по условию нагрева длительно допустимым током.

Проверим рассматриваемый кабель на потерю напряжения нормальном и аварийном режимах.

Определим потери напряжения в линии в нормальном и аварийном режимах по формулам (6.3) и (6.4) соответственно:

в нормальном режиме:

в аварийном режиме:

.

Потери напряжения находятся в пределах нормы.

При технико-экономических расчетах соблюдают следующие условия сопоставимости вариантов:

— технические, при которых сравнивают только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметрах, характеризующих каждый рассматриваемый вариант;

— экономические, при которых расчет сравниваемых вариантов веду применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учетом одних и тех же экономических показателей, характеризующих каждый рассматриваемый вариант.

При разной надежности сравниваемых вариантов дополнительно учитывают ущерб от снижения надежности.

Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям, предъявляемым к системам промышленного электроснабжения, соответствующими директивными материалами, отраслевыми инструкциями и ПУЭ.

В технико-экономических расчетах используют укрупненные показатели стоимости (УПС) элементов системы электроснабжения, а также УПС сооружения подстанций в целом.

В УПС не включены некоторые статьи расхода, поэтому их не применяют для определения реальной стоимости сооружения объекта, а используют при сравнительных расчетах вариантов.

В соответствии с существующей методикой технико-экономических расчетов в качестве основного метода оценки рекомендуется метод срока окупаемости. В этом случае показателями являются капитальные вложения (затраты) и ежегодные (текущие) эксплуатационные расходы.

Выбор экономически целесообразного сечения кабеля произведем следующим образом.

Для сравнения вариантов выберем стандартное сечение и дополнительно стандартные ближайшее меньшее и ближайшее большее сечения.

Определяем коэффициент загрузки выбранных кабелей КЗ в нормальном режиме по формуле:

где I’доп — длительно допустимый ток одиночного кабеля, А; Iр — расчетный ток нормального режима, А.

Определяем потери мощности? Рд в линии при действительной нагрузке:

где I’доп — длительно допустимый ток одиночного кабеля, А; rуд — удельное сопротивление кабеля, Ом/км; l — длина кабельной линии, км.

Определяем потери энергии в линии:

где Тп — время использования максимума потерь, ч.

Стоимость потерь в линии составит:

где С0, П — стоимость 1 кВт • ч потерь электроэнергии, С0, П = 3,07 тг.

Определяем капитальные вложения на сооружение линии по УПС:

где Куд — стоимость 1 км кабельной линии, проложенной в траншее.

Определяем ежегодные амортизационные отчисления:

где Ка — коэффициент амортизациооных отчислений по таблице 2−1.

Определяем годовые эксплуатационные расходы:

При рассмотрении трех и более вариантов критерием экономичности является минимум приведенных затрат З, тыс. тг/год:

где Кн — нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0,125; К — единовременные капитальные вложения; Сэ — ежегодные эксплуатационные расходы.

Для выбора экономически целесообразного сечения кабеля принимаем для сравнения следующие стандартные сечения s1 = 16 мм² (I?доп1 = Кс, н Iдоп1 = 0,9•75 = 67,5 А), s2 = 25 мм² (I?доп2 = Кс, н Iдоп2 = 0,9•90 =81 А), s3 = 35 мм² (I?доп3 = Кс, н Iдоп3 = 0,9•115 = 103,5 А).

Определяем коэффициент загрузки кабеля в нормальном режиме:

Определим потери мощности? Рд в линии при действительной нагрузке:

Потери энергии в линии составят:

Стоимость потерь в линии составит:

Капитальные вложения на сооружение линии определяем по ():

где Куд1 — стоимость 1 км кабельной линии, проложенной в траншее [2], Куд1 = 42,41 тыс. тг — 16 мм², 51,1тыс.тг — 25 и 35 мм².

Тогда, капитальные вложения составят:

Ежегодные амортизационные отчисления составят:

где Ка — коэффициент амортизационных отчислений по таблице 4−1 [2], Ка = 0,03.

Годовые эксплуатационные расходы составят:

Приведенные затраты на линию равны:

Таблица 6.1 Расчетные характеристики кабельных линий

Как видно из расчетов зависимость З = f (s) не имеет минимума, а носит возрастающий характер. Поэтому окончательно принимаем сечение, выбранное по техническим условиям.

Определим экономически целесообразное сечение кабеля по экономической плотности тока, как рекомендуют ПУЭ по формуле:

где sэк — экономически целесообразное сечение, мм2; Imax, р — максимальный расчетный ток, А; jэк — экономическая плотность тока, определяемая по таблице 1.3.36.

Оно составит:

По рекомендациям окончательно следует принимать сечение, выбранное по техническим условиям. Так как выбор по экономической плотности тока не определяет экономически целесообразного сечения, потому что при этом не учитываются стоимость электроэнергии, капитальные затраты на сооружение линии и приближено учитывается число часов работы линии в году. Поэтому, экономически целесообразное сечение выбираем на основании сравнения приведенных затрат.

7. Охрана труда

7.1 Общие требования

Безопасность труда человека в производственных условиях определяется безопасностью технологического процесса, производственного обучения и трудового процесса.

Основными требованиями безопасности к технологическим процессам: устранение контакта рабочих с исходными веществами и материалами, заготовками, полуфабрикатами, готовой продукции и отходами производства, оказывающими вредное действие;

замена технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных и вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью;

комплексная механизация и автоматизация производства, применение дистанционного управления технологическими процессами и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов;

герметизация оборудования;

применение средств коллективной защиты работающих;

рациональная организация труда и отдыха с целью профилактики монотонности и гиподинамии, а также ограничения тяжести труда;

своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях;

внедрение систем контроля и управления технологическим процессом, обеспечивающих защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования;

своевременное удаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов;

обеспечение пажаровзрывобезопасности.

Многочисленные отклонения от нормы в работе оборудования можно разделить на две группы: не оказывающие влияния на уровень безопасности и оказывающие влияние на него. Вторая группа является источником опасных производственных факторов.

Факторы опасности оборудования учитывают при определении частоты опасных факторов, величины и конфигурации опасной зоны.

Совокупность безопасности технологического процесса и оборудования образует технический фактор безопасности производства, который на действующем оборудовании при применяемой технологии может совершенствоваться в результате изменений технологии и оборудования, а также путём оснащения техническими средствами безопасности и производственной санитарии.

Безопасность трудовых процессов определяется условиями труда и квалификацией персонала, который должен знать и выполнять требования безопасности и производственной санитарии.

7.2 Закон о труде

Законодательство Республики Казахстан о труде основывается на Конституции Республики Казахстан и регулирует трудовые отношения отдельных категорий работников, нормы которых не могут быть ниже норм настоящего Закона.

Закон «О безопасности и охране труда» регулирует общественные отношения в области охраны труда в Республике Казахстан и направлен на обеспечение безопасности, сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, а также устанавливает основные принципы государственной политики в области безопасности и охраны труда.

Основные понятия, используемые в законе «О труде» и законе «О безопасности и охране труда» :

труд — деятельность человека, направленная на создание материальных, духовных и других ценностей, необходимых для жизни людей;

специальная одежда — одежда, обувь, головной убор, рукавицы, предназначенные для защиты работника от вредных и опасных производственных факторов;

тяжелые физические работы — виды деятельности, связанные с подъемом или перемещением тяжестей вручную, либо другие работы с расходом энергии более 300 ккал/час;

безопасность труда — состояние защищенности работника, обеспеченное комплексом мероприятий, исключающих вредное и опасное воздействие на работников в процессе трудовой деятельности;

охрана труда — система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства;

вредные (особо вредные) условия труда — условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит к снижению работоспособности или заболеванию работника;

вредный производственный фактор — производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к заболеванию или снижению трудоспособности;

профессиональное заболевание — хроническое или острое заболевание, вызванное воздействием на работника вредных производственных факторов в связи с выполнением им своих трудовых (служебных) обязанностей;

нормы безопасности — качественные и количественные показатели, характеризующие условия производства, производственный и трудовой процесс с точки зрения обеспечения организационных, технических, санитарно-гигиенических, биологических и иных норм, правил, процедур и критериев, направленных на сохранение жизни и здоровья работников в процессе их трудовой деятельности;

опасные (особо опасные) условия труда — условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит в случае несоблюдения правил охраны труда к внезапному резкому ухудшению здоровья или травме работника либо его смерти;

опасный производственный фактор — производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к временной или стойкой утрате трудоспособности (трудовому увечью или профессиональному заболеванию) или смерти.

7.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Согласно Закона Республика Казахстан от 28.02.2004 г. за № 528 «О безопасности и охране труда» на каждом промышленном объекте устанавливаются опасные и вредные производственные факторы оказывающие негативное влияние на работающих.

На ТОО «Аяз» к опасным производственным факторам относятся:

— электрический ток определенной силы;

— движущиеся механизмы металлорежущих станков;

— возможность падения с высоты различных деталей и предметов;

— оборудование, работающее под давлением выше атмосферного.

К вредным производственным факторам относятся:

— запыленность и загазованность воздушной среды;

— воздействие шума;

— воздействие вибрации;

— наличие электромагнитных полей.

Все опасные и вредные производственные факторы подразделяются на физические, химические, биологические и психофизиологические.

К физическим факторам относят электрический ток, кинетическую энергию движущихся машин и оборудования или их частей, повышенное давление паров или газов в сосудах, недопустимые уровни шума, вибрации, инфраи ультразвука, недостаточную освещенность, электромагнитные поля, ионизирующие излучения и др.

Химические факторы представляют собой вредные для организма человека вещества в различных состояниях.

Биологические факторы — это воздействия различных микроорганизмов, а также растений и животных.

Психофизиологические факторы — это физические и эмоциональные перегрузки, умственное перенапряжение, монотонность труда.

Электрические установки, приборы и агрегаты широко используются в рассматриваемом приготовительном участке ТОО «Аяз». При работе с ними необходимо соблюдать требования электробезопасности, которые представляют собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Поражение электрическим током организма человека носит название электротравмы. На производстве число травм, вызванных электрическим током, относительно невелико и составляет 11—12% их общего числа, однако из всех случаев травм со смертельным исходом на долю электротравм приходится наибольшее количество (порядка 40%). До 80% всех случаев поражения электрическим током со смертельным исходом приходится на электроустановки напряжением до 1000 В (в первую очередь работающих под напряжением 220—380 В).

Проходя через организм человека, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие. Первое заключается в нагреве и ожогах различных частей и участков тела человека, второе — в изменении состава (разложение) и свойств крови и других органических жидкостей. Биологическое действие электрического тока выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма и в нарушении протекания в нем различных внутренних биоэлектрических процессов. Примером таких нарушений может служить прекращение процесса дыхания и остановка сердца.

Электротравмы принято делить на общие (электрические удары) и местные, под которыми понимают четко выраженные местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги. Местные электротравмы — это электрические ожоги, электрические знаки на коже, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрические ожоги вызываются протеканием тока через тело человека, особенно при непосредственном контакте тела с электрическим проводом, а также под воздействием на тело человека электрической дуги (дуговой ожог), температура которой достигает нескольких тысяч градусов. Приблизительно 2/3 всех электротравм сопровождается ожогами.

На коже в тех местах, где проходил электрический ток, появляются электрические знаки, представляющие собой пятна серого или бледно-желтого цвета. Эти пятна, как правило, излечиваются, и с течением времени пораженная кожа приобретает нормальный вид. Такие знаки встречаются примерно у каждого пятого получившего электротравму.

Под действием электрической дуги в верхние слои кожи человека могут проникнуть мелкие расплавленные частицы металла. Такая электротравма носит название металлизации кожи и встречается приблизительно у каждого десятого пострадавшего.

Довольно редко могут возникнуть механические повреждения органов и тканей человеческого тела (разрывы кожи и различных тканей, вывихи, переломы костей и др.) в результате судорожных сокращений мышц, вызываемых действием тока.

Еще одним видом местной электротравмы является электроофтальмия — возникающее под действием ультрафиолетового излучения электрической дуги воспаление наружных оболочек глаз. В ряде случаев лечение этого профессионального заболевания является сложным и длительным.

Более трети всех электротравм приходится на электрический удар, под которым понимают возбуждение живых тканей организма электрическим током, проходящим через него, сопровождающееся судорожными сокращениями мышц тела. По тяжести последствий электроудары делятся на четыре степени:

первая — судорожное сокращение мышц без потери сознания;

вторая — судорожное сокращение мышц с потерей сознания; дыхание и деятельность сердца сохраняются;

третья — потеря сознания, нарушение сердечной деятельности и дыхания или того и другого;

четвертая — клиническая (мнимая) смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Эксплуатация современного промышленного оборудования и средств транспорта сопровождается значительным уровнем шума и вибрации, негативно влияющих на состояние здоровья работающих. С точки зрения безопасности труда шум и вибрация — одни из наиболее распространенных вредных производственных факторов на производстве, которые при определенных условиях могут выступать как опасные производственные факторы. Кроме шумового и вибрационного воздействия, вредное влияние на человека в процессе труда могут оказывать инфразвуковые и ультразвуковые колебания.

Шум — это сочетание звуков различной частоты и интенсивности. С физиологической точки зрения шумом называют любой нежелательный звук, оказывающий вредное воздействие на организм человека.

Звуковые колебания, воспринимаемые органами слуха человека, являются механическими колебаниями, распространяющимися в упругой среде (твердой, жидкой или газообразной).

Разрыв барабанных перепонок в органах слуха человека происходит под воздействием шума, уровень звукового давления которого составляет 186 дБ. Воздействие на организм человека шума, уровень которого около 196 дБ, приведет к повреждению легочной ткани (порог легочного повреждения).

Однако не только сильные шумы, приводящие к мгновенной глухоте или повреждению органов слуха человека, вредно отражаются на здоровье и работоспособности людей. Шумы небольшой интенсивности, порядка 50—60 дБА, негативно воздействуют на нервную систему человека, вызывают бессонницу, неспособность сосредоточиться, что ведет к снижению производительности труда и повышает вероятность возникновения несчастных случаев на производстве. Если шум постоянно действует на человека в процессе труда, то могут возникнуть различные психические нарушения, сердечно-сосудистые, желудочно-кишечные и кожные заболевания, тугоухость.

Последствия воздействия шума небольшой интенсивности на организм человека зависят от ряда факторов, в том числе возраста и состояния здоровья работающего, вида трудовой деятельности, психологического и физического состояния человека в момент действия шума и ряда других факторов. Шум, производимый самим человеком, обычно не беспокоит его. В отличие от этого посторонние шумы часто вызывают сильный раздражающий эффект. Если сравнивать шумы с одинаковым уровнем звукового давления, то высокочастотные шумы (f > 1000 Гц) более неприятны для человека, чем низкочастотные (f < 400 Гц). В ночное время шум с уровнем 30—40 дБА является серьезным беспокоящим фактором.

При постоянном воздействии шума на организм человека могут возникнуть патологические изменения, называемые шумовой болезнью, которая является профессиональным заболеванием.

Инфразвук также оказывает негативное влияние на органы слуха, вызывая утомление, чувство страха, головные боли и головокружения, а также снижает остроту зрения. Особенно неблагоприятно воздействие на организм человека инфразвуковых колебаний с частотой 4—12 Гц.

Вредное воздействие ультразвука на организм человека выражается в нарушении деятельности нервной системы, снижении болевой чувствительности, изменении сосудистого давления, а также состава и свойств крови. Ультразвук передается либо через воздушную среду, либо контактным путем через жидкую и твердую среду (действие на руки работающих). Контактный путь передачи ультразвука наиболее опасен для организма человека.

Вибрация — это совокупность механических колебаний, простейшим видом которых являются гармонические. Вибрация определяется как движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений, по крайней мере, одной координаты. Вибрацию вызывают неуравновешенные силовые воздействия, возникающие при работе различных машин и механизмов. Примером таких устройств могут служить ручные перфораторы, кривошипно-шатунные механизмы и другие, детали которых совершают возвратно-поступательные движения. Вибрацию также создают неуравновешенные вращающиеся механизмы (электродрели, ручные шлифовальные машины, металлообрабатывающие станки, вентиляторы и т. д.), а также устройства, в которых движущиеся детали совершают ударные воздействия (зубчатые передачи, подшипники и т. д.).

7.4 Мероприятия по устранению опасных и вредных факторов

Безопасность при работе с электроустановками обеспечивается применением различных технических и организационных мер. Они регламентированы действующими правилами устройства электроустановок (4). Технические средства защиты от поражения электрическим током делятся на коллективные и индивидуальные, на средства, предупреждающие прикосновение людей к элементам сети, находящимся под напряжением, и средства, которые обеспечивают безопасность, если прикосновение все-таки произошло.

Основные способы и средства электрозащиты:

— изоляция токопроводящих частей и ее непрерывный кон троль;

— установка оградительных устройств;

— предупредительная сигнализация и блокировки;

— использование знаков безопасности и предупреждающих плакатов;

— использование малых напряжений;

— электрическое разделение сетей;

— защитное заземление;

— выравнивание потенциалов;

— зануление;

— защитное отключение;

— средства индивидуальной электрозащиты.

Изоляция токопроводящих частей — одна из основных мер электробезопасности. Согласно ПУЭ сопротивление изоляции токопроводящих частей электрических установок относительно земли должно быть не менее 0,5—10 МОм. Различают рабочую, двойную и усиленную рабочую изоляцию.

Рабочей называется изоляция, обеспечивающая нормальную работу электрической установки и защиту персонала от поражения электрическим током. Двойная изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной, используется в тех случаях, когда требуется обеспечить повышенную электробезопасность оборудования (например, ручного электроинструмента, бытовых электрических приборов и т. д.). Сопротивление двойной изоляции должно быть не менее 5 МОм, что в 10 раз превышает сопротивление обычной рабочей. В ряде случаев рабочую изоляцию выполняют настолько надежно, что ее электросопротивление составляет не менее 5 МОм и потому она обеспечивает такую же защиту от поражения током, как и двойная. Такую изоляцию называют усиленной рабочей изоляцией.

Существуют основные и дополнительные изолирующие средства. Основными называют такие электрозащитные средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение. Дополнительные электрозащитные средства усиливают изоляцию человека от токопроводящих частей и земли.

Неизолированные токопроводящие части электроустановок, работающих под любым напряжением, должны быть надежно ограждены или расположены на недоступной высоте, чтобы исключить случайное прикосновение к ним человека. Конструктивно ограждения изготавливают из сплошных металлических листов или металлических сеток.

Для предупреждения об опасности поражения электрическим током используют различные звуковые, световые и цветовые сигнализаторы, устанавливаемые в зонах видимости и слышимости персонала. Кроме того, в конструкциях электроустановок предусмотрены блокировки — автоматические устройства, с помощью которых преграждается путь в опасную зону или предотвращаются неправильные, опасные для человека действия. Блокировки могут быть механические (стопоры, защелки, фигурные вырезы), электрические или электромагнитные. Для информации персонала об опасности служат предупредительные плакаты, которые в соответствии с назначением делятся на предостерегающие, запрещающие, разрешающие и напоминающие. Части оборудования, представляющие опасность для людей, окрашивают в сигнальные цвета и на них наносят знак безопасности. Красным цветом окрашивают кнопки и рычаги аварийного отключения электроустановок.

Для уменьшения опасности поражения током людей, работающих с переносным электроинструментом и осветительными лампами, используют малое напряжение, не превышающее 42 В. В ряде случаев, например, при работе в металлическом резервуаре, для питания ручных переносных ламп используют напряжение 12 В.

Снижение механических шумов достигается: улучшением конструкции машин и механизмов, заменой деталей из металлических материалов на пластмассовые, заменой ударных технологических процессов на безударные (например, клепку рекомендуется заменять сваркой, штамповку — прессованием и т. д.), применением вместо зубчатых передач в машинах и механизмах других видов передач (например, клиноременных) или использованием зубчатых передач, не издающих громких звуков (например, при использовании не прямозубых, а косозубых или шевронных шестерен), нанесением смазки на трущиеся детали и рядом других мероприятий.

Для борьбы с шумами электромагнитного происхождения рекомендуется тщательно уравновешивать вращающиеся детали электромашин (ротор, подшипники), осуществлять тщательную притирку щеток электродвигателей, применять плотную прессовку пакетов трансформаторов и т. д.

Основные методы защиты от вибрации делятся на две большие группы:

— снижение вибрации в источнике ее возникновения;

— уменьшение параметров вибрации по пути ее распространения от источника.

Для того чтобы снизить вибрацию в источнике ее возникновения, необходимо уменьшить действующие в системе переменные силы. Это достигается заменой динамических технологических процессов статическими (например, ковку и штамповку рекомендуется заменять прессованием, операцию ударной правки — вальцовкой, пневматическую клепку — сваркой и т. д.). Рекомендуется также тщательно выбирать режимы работы оборудования, чтобы вибрация была минимальной. Большой эффект дает тщательная балансировка вращающихся механизмов, применение специальных редукторов с низким уровнем вибрации другие мероприятия.

Важно, чтобы собственные частоты вибрации агрегата ил установки не совпадали с частотами переменных сил, вызывающих вибрацию. В противном случае может возникнуть резонанс, в результате чего резко увеличится амплитуда колебаний (виброперемещение) устройства, что может привести к его поломке или разрушению. Исключить резонансные режимы работы оборудования и тем самым снизить уровень вибрации можно либо путем изменения массы и жестокости вибрирующей системы, либо установлением нового режима работы агрегата.

Следующий метод защиты от вибрации называется вибродемпфированием (вибропоглощением), под которым понимают превращение энергии механических колебаний системы в тепловую. Это достигается использованием в конструкциях вибрирующих агрегатов специальных материалов (например, сплавов систем медь—никель, никель—титан, титан—кобальт), применением двухслойных материалов типа сталь—алюминий, сталь-медь. Хорошей вибродемпфирующей способностью обладают и традиционные материалы: пластмассы, дерево, резина. Значительный эффект достигается при нанесении на колеблющиеся детали вибропоглощающих покрытий.

Пример таких покрытий — различные упруговязкие материалы, такие, как пластмасса или резина, а также различные мастики. Известными вибропоглощающими мастиками являются так называемые «Антивибриты» («Антивибрит-2», «Антивибрит-3»), изготавливаемые на основе эпоксидных смол.

7.5 Классификация цеха по пожароопасности и взрывоопасности

К взрывоопасной зоне относится помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в которых имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси.

Пространства внутри и вне помещений, в пределах которых постоянно или периодически находятся горючие вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях, относят к пожароопасной зоне.

7.5.1 Профилактические работы по предупреждению пожаров на заводе резинотехнических изделий

Все работники ТОО «Аяз» обязаны знать и соблюдать правила пожарной безопасности, изложенные в технологических регламентах, рабочих и специальных инструкциях.

Одновременно с инструктажем по технике безопасности и производственной санитарии, проводят инструктаж по пожарной безопасности. Инструктируемого знакомят с общими правилами противопожарного режима на объекте, возможными причинами пожаров, с наиболее опасными в пожарном отношении участками производства, основными мерами предупреждения пожаров, практическими действиями в случае возникновения пожара.

На ТОО «Аяз» действуют добровольные пожарные дружины из рабочих, инженерно-технических работников и служащих. Они призваны предупреждать пожары и взрывы, ликвидировать, ослаблять их последствия до прибытия профессиональных пожарных команд. Руководство добровольных пожарных дружин и подготовка ее личного состава возложена на пожарную охрану предприятия.

Добровольная пожарная дружина состоит из отделений, создаваемых в каждом цехе по числу рабочих смен и возглавляемых начальниками боевых расчетов, преимущественно из инженерно-технических работников и цеховой администрации.

7.5.2 Средства, используемые для пожаротушения и оповещения пожарных служб при возникновении очагов возгорания в цехе

ГОСТ объединяет все вещества, применяемые для тушения, под единым названием огнетушащие вещества и дает им следующее определение: огнетушащее вещество — это вещество обладающее физико-химическими свойствами, позволяющими создать условия для прекращения горения. Огнетушащие вещества могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Для тушения небольших очагов возгорания в цехе широко применяются первичные средства пожаротушения. К ним относятся внутренние пожарные краны, огнетушители различного типа, песок, войлок, кошма, асбестовое полотно.

В помещении приготовительного участка должно быть не менее двух пожарных кранов. Расход воды на работу внутренних пожарных кранов принимается, исходя из условия подачи воды на одну или две струи. Производительность каждой струи должна быть не менее 2,5 л/с.

В цехе в близи мест курения и у выходов должны находиться огнетушители, кроме того у выходов должны находиться уголки для инструмента используемого для тушения пожара песком, либо другими способами. Инструмент и огнетушители должны поддерживаться в рабочем состоянии и быть окрашенными в красный цвет. В близи рабочего оборудования должны располагаться емкости с песком. В виду того, что в цехе большое количество электрооборудования применение пенных огнетушителей не разрешается.

С целью своевременного оповещения о возникновении пожара, включении систем пожаротушения, а также вызова пожарных команд, действует система пожарной связи и оповещения.

Для подачи сигнала о пожаре в установках пожарной сигнализации устроены ручные извещатели. Для приведения в действие ручной электрической пожарной сигнализации необходимо разбить стекло и нажать на кнопку пожарного извещателя.

К месту срабатывания извещателя немедленно выезжает пожарное подразделение из депо, находящегося, вблизи завода.

8. Промышленная экология

электроснабжение трансформатор высоковольтный сеть

ТОО «Аяз» занимается производством валяльной обуви и валяльно-войлочных изделии, свое восстановление завод берет с 1995 года. Начиная с 1998 года, возрастает штат работников, соответственно расширяется и номенклатура выпускаемой продукции. С 2002 года список воляльновойлочной продукции переваливает за 300 тысяч валяльной обуви в год. На выпускаемую продукцию имеются государственная лицензия и сертификат соответствия системы менеджмента качества ИСО 9001:2001.

Отметим, что под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

1) оксид углерода — получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

2) сернистый ангидрид — выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн.т.в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса.

3) серный ангидрид — образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты.

4) сероводород и сероуглерод — поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

5) оксиды азота — основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

6) соединения фтора — источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Аэрозоли — это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1−5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

При обработке металлических изделий в воздушный бассейн выделяется аэрозоль масла, аэрозоль эмульсола, пыль, металлическая пыль, фенол, формальдегид.

В представленном дипломе приводится детальный расчет приготовительного участка, где используется большое количество различных станков, электрическая ручная сварка, транспортировка готовой продукции.

При проведении сварочных работ воздух загрязняется сварочным аэрозолем, в атмосферу попадают токсичные газы и пыль. Сварочная пыль на 99% состоит из частиц размером от 10−3 до 1 мкм, около 1% пыли имеет размер частиц 1−5 мкм. Химический состав выделяющихся при сварке загрязнений зависит в основном от состава сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и в меньшей степени от химического состава свариваемых металлов. В состав загрязнений входят вредные для здоровья оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, вольфрама, аммония, титана, цинка, меди, никеля и др.), газообразные (фтористые соединения, оксиды углерода, азота, озон). Такой же состав вредных веществ выделяется и при газовой резке металлов.

Механическая обработка полуфабрикатов на станках в приготовительном участке сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. В процессе шлифования и полирования выделяется большое количество тонкодисперсной пыли.

На основании выше изложенной теории загрязнения рассчитанного приготовительного участка отнесем к первичным и вторичным атмосферным загрязнениям. По произведем расчет выброса вредных веществ.

Первым приведем расчет загрязнения атмосферного воздуха сварочным аэрозолем возникающим при выполнении сварочных работ. Которые зависят от вида сварки, марок электродов и флюса. Количество образующихся при сварке пыли и газов принято характеризовать валовыми выделениями, отнесенными к 1 кг расходуемых материалов.

Количество вредных веществ определятся по формуле [14]:

(6.1)

где qi — удельное выделение i-ого вредного вещества при сварочных работах, определяемое по таблице 5.1, г/кг; В — расход материала, кг/год.

Таблица 8.1 Удельные выделения вредных веществ при сварке, г/кг расходуемых материалов

Рассчитаем количество выбросов вредных веществ при различных видах сварки по формуле (8.1).

1 Ручная дуговая сварка сталей:

Пыль:

Оксид марганца:

Соединения кремния:

Фториды HF:

2 Ручная дуговая сварка меди ее сплавов:

Пыль:

Оксид марганца:

Медь:

3 Полуавтоматическая сварка:

Пыль Оксид марганца:

Фториды HF:

Определим суммарные выбросы пыли Мсум. п при сварочных работах:

Определим суммарные выбросы оксида марганца Мсум. MnO при сварочных работах:

Количество выбросов от металлообрабатывающих станков зависит от типа станков, их количества и времени работы. Оно определяется по формуле [14]:

(8.2)

где qij — удельные выделения i-го вредного вещества от станка j-го типа, г/ч (определяется по таблице 5.2), Nj — количество станков j-го типа, шт, T — годовой фонд рабочего времени, ч/год.

Таблица 8.2 Удельные выделения аэрозолей масла, эмульсола, паров воды

Рассчитаем количество выбросов аэрозоля масла, аэрозоля эмульсола, паров воды от использования металлообрабатывающих станков по формуле (8.2).

1. Токарные станки малой мощности:

Аэрозоль масла:

Аэрозоль эмульсола:

Пары воды:

2. Токарные станки средней мощности:

Аэрозоль масла:

Аэрозоль эмульсола:

Пары воды:

3. Вертикально-сверлильные станки:

Аэрозоль масла:

Аэрозоль эмульсола:

Пары воды:

4. Алмазно-заточные станки:

Аэрозоль масла:

Аэрозоль эмульсола:

Пары воды:

Определим суммарные выбросы аэрозолей масла Мсум. м, аэрозолей эмульсола Мсум. э и паров воды Мсум. в в целом по цеху.

1 Выбросы аэрозолей масла:

2 Выбросы аэрозолей эмульсола:

3 Выбросы паров воды:

Основными мерами борьбы с загрязнением атмосферы являются: грамотное применение экономических санкций (порядок платы за загрязнение предусматривает кратное повышение выплат при превышении ПДВ или несанкционированных выбросах), строгий контроль выбросов вредных веществ (в том числе экспертизами — государственными и общественными) и обоснованное регулярное финансирование природоохранных мероприятий. Очистка газа — отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, выбрасываемого промышленным источником.

В настоящее время в промышленности для очистки отходных газов, удержания пыли и вредных газоподобных примесей применяются следующие методы: сухие или механические (пылеосадительные камеры, циклоны); мокрые (поглотительные башни с насадкой); электрические с электрофильтрами; фильтровые с разного рода фильтрами; адсорбционные с адсорбентами; химические — для взаимодействия с химическими соединениями, чаще на катализаторах; термические (например, факельное сжигание) и др. Наиболее отработаны в настоящее время очистители от пыли, золы и других твердых частиц. Причем, чем мельче частицы, тем труднее обеспечивается очистка. Класс пылеуловителей для частиц диаметром более 50 мкм — 5-й, наиболее легко обеспечивающий почти полное пылеулавливание. Значительно сложнее извлекать мельчайшие частицы с диаметрами от 2 до 0,3 мкм — нужен очиститель 1-го класса. Все пылеуловители, кроме того, подразделяются на сухие и мокрые. К сухим относятся циклоны, пылеосадительные камеры и пылеуловители, фильтры и электрофильтры, которые наиболее отработаны и отличаются сравнительно простым устройством. Однако для удаления мелкодисперсных и газовых примесей их применение не всегда эффективно. Мокрые пылеуловители подразделяются на скрубберы форсуночные, центробежные и Вентури, пенные и барботажные аппараты и другие, которые работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхности капель, пленки или пены жидкости.

Из сухих пылеуловителей наиболее применимы аппараты, работающие на принципе отделения тяжелых частиц от газов силами инерции (при раскрутке газов или их резком повороте).

Для тонкой очистки широко используются фильтры с зернистыми слоями (песок, титан, стекло и т. п.), с гибкими пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан и др.), с полужесткими и жесткими перегородками (вязаные сетки, керамика, металл и др.). Часто применяют несколько ступеней очистки пылегазовых выбросов и почти всегда одной из них является электрофильтр.

Электрофильтр, который было бы правильнее назвать электростатическим осадителем, представляет собой полую камеру, в; которой расположены системы электродов. Электроды делятся на коронирующие и осадительные. Коронирующие выполнены из проволоки или узкой ленты. На них подается отрицательное напряжение до 100 кВ. Осадительные электроды, имеющие вид плоских пластин или цилиндров, заряжаются положительно. Для питания электрофильтров используется специально оборудованная подстанция, имеющая трансформаторы, выпрямители, автоматы, выключающие напряжение при коротких замыканиях, схему блокировки, щит управления. При подаче высокого напряжения на электроды возникает коронный разряд, вызывающий направленное движение электронов и отрицательных ионов к осадительным электродам. Пылевые частицы, взвешенные в газах, движущихся со скоростью 1—1,5 м/с через камеру электрофильтра, адсорбируют ионы, приобретают заряд и начинают двигаться в электрическом поле по направлению к осадительным электродам. Осажденная пыль удаляется с электродов либо встряхиванием, либо смывом с помощью специальных приспособлений.

Эффективность электрофильтра при оптимальных условиях работы очень высокая — 96—98% (для пыли диаметром 2 мкм). Оптимальные условия работы электрофильтра — постоянство скорости и плотности газов (а следовательно, состава, температуры, давления и т. д.).

В течение многих лет для сухого обеспыливания дымовых газов и аспирационного воздуха в различных отраслях промышленности применяются вертикальные электрофильтры типа ДВПН.

Электрофильтры с вертикальным ходом газов используются па тепловых угольных электростанциях в качестве золоуловителей, на цементных заводах для улавливания пыли из дымовых газов вращающихся печей, работающих на пылеугольном и газовом топливе, на алюминиевых заводах — в качестве первой ступени газоочистительных установок электролизных цехов и на агрофабриках — для обеспыливания аспирационного воздуха.

Для очистки газов от незначительных концентраций примесей (не более 1% по объему) применяются прямоточные компактные абсорбционные аппараты. Например, для поглощения серусодержащих компонентов из газов содорегенерационных котлоагрегатов эффективным считается применение струйных газопромывателей, орошаемых по ступеням черным и белым щелоками.

Наряду с жидкими поглотителями — абсорбентами для очистки, а также для осушки (обезвоживания) газов могут быть применены твердые поглотители. К ним относятся различные марки активных углей, силикагель, алюмогель, цеолиты.

В последнее время для удаления из газового потока газов с полярными молекулами стали применять иониты. Процессы очистки газов адсорбентами осуществляют в адсорберах периодического или непрерывного действия.

И, наконец, для очистки газового потока могут быть использованы сухие и мокрые окислительные процессы, а также процессы каталитического превращения. В частности, для обезвреживания серусодержащих газов сульфатно-целлюлозного производства (газов варочного и выпарного цехов и др.) используют каталитическое окисление. Этот процесс осуществляется при температуре 500—600°С на катализаторе, в состав которого входят окислы алюминия, меди, ванадия и других металлов. Сероорганические вещества и сероводород окисляются до менее вредного соединения — сернистого ангидрида (ПДК для сернистого ангидрида 0,5 мг/м³, а для сероводорода — 0,078 мг/м³).

Абгазы, образующиеся при производстве окиси этилена, содержат 1% этилена и 0,02% окиси этилена.

Для уменьшения вредных выбросов в атмосферу предусмотрено сжигание абгазов в топке с последующим каталитическим окислением продуктов сжигания.

Выбор способа пылеулавливания (разделения аэрозолей) и типа пылеулавливающего аппарата определяется размером взвешенных в газах частиц пыли, ее свойствами, температурой и влажностью газов, подаваемых на очистку, а также стабильностью технологического режима работы аппаратуры.

Заключение

В данном дипломном проекте мною произведен расчет электроснабжения производственного участка ТОО «Аяз», целью которого является выбор наиболее оптимального варианта схемы электроснабжения, параметров электросети и ее элементов, позволяющих обеспечить необходимую надежность электропитания и бесперебойной работы цеха.

В ходе выполнения дипломного проекта произведен расчет силовой нагрузки цеха методом упорядоченных диаграмм. Для распределения электроэнергии в цехе использованы комплектные шинопроводы, которые обеспечивают высокую надежность и позволяют быстро изменять конфигурацию сети. Расчетная нагрузка осветительных сетей определена методом коэффициента использования. По расчетной силовой нагрузке цеха выбраны цеховые трансформаторы и элементы схемы распределения электрической энергии. Произведён расчёт токов короткого замыкания в сети 0,4 кВ для проверки защитной и коммутационной аппаратуры цеха, а также для проверки других элементов схемы.

В целом выполнение данного дипломного проекта позволило развить навыки самостоятельного решения инженерных задач и практического применения теоретических знаний. Были закреплены навыки работы со справочным материалом.

1. Б. Н. Неклепаева, Электрическая часть электростанций. — М.: «Энергия», 1976.

2. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Под общ. ред. А. А. Федорова. — М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г. М. Кнорринга. Л.: «Энергия», 1976.

4. Правила устройства электроустановок, Астана, 2003.

5. Федоров А. А., Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

6. Алиев И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. Ростов на/Д.: Феникс, 2004.

7. Электротехнический справочник: В 4 т. / Под общ. ред. Герасимова и др. — М.: Издательство МЭИ, 2004.

8. Технология валяльно-войлочного производства / В. Е. Гусев, А. П. Сергеенко, 1987.

9. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

10. Указания по расчету электрических нагрузок: ВНИПИ Тяжпромэлектропроект. М., 1990.

11. Охрана труда: Учеб. для техникумов / А. Г. Алексанян. — М.: Высш. школа, 1989.

12. Охрана труда: Учебник для вузов / под ред. Ушакова К. З. — М.: Недра, 1986.

13. Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек: Учебное пособие для студентов вузов. — М.: Высш. школа, 1980.

14. Гарин В. М., Клёнова И. А. Колесников В.И. Экология для технических вузов. Под. ред. Гарина В. М. Ростов н/Д: Феникс, 2003.

15. Сборник методик расчета выбросов вредных веществ в окружающую среду: учеб. пособие / А. Т. Оралова, Н. К. Цой, КарГТУ. — Караганда, 2002.

16. Экология безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Д. А. Кривощеин, Л. А. Муравей и др.: Под. ред. Л. А. Муравея. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.

17. Закон «О труде» Республики Казахстан от 10 декабря 1999 года N 493.

18. Закон «О безопасности и охране труда» Республики Казахстан от 28 февраля 2004 года № 528.

19. Охрана окружающей среды: Учебник для вузов / Степановских А. С. — М: ЮНИТИ-ДАНА. 2001.