Электроснабжение электрооборудования ремонтно механического цеха

;

 

4) Активная и реактивная мощности  на шинах высокого напряжения:

Рвн = Рм + ΔР = 295,56 + 6,45 = 302,01 кВт;

Qвн = Qм + ΔQ = 129,49 + 3,28 = 132,77 квар;

 

 

5) Полная мощность на шинах  ВН:

 

6) Так как для данного предприятия  графики нагрузок не заданы, то  выбираем мощность трансформатора  из условия:

                          

 Sт ≥ Sм;

 Sт ≥ 322,68

 

Принимаем ближайшую стандартную мощность Sт = 400 кВА.

 

7) Вычислим коэффициент загрузки  трансформатора:

                      Кз = Sнн /Sт = 322,68 / 400 = 0,8

 

 

 

                      4. Расчет компенсирующего устройства.

 

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

- расчетную реактивную мощность  КУ;

- тип компенсирующего устройства;

- напряжение КУ.

Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из выражения [1]:

                           Qк.р = α Рм (tgφ – tgφk)                                (4.1)

где  Qк.р – расчетная мощность КУ, квар;

   α- коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом,        принимается α = 0,9;

    tgφ, tgφk – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.  

Рассчитаем компенсирующее устройство:

1) Значения cosφ и tgφ до компенсации:

     ; откуда tgφ = 0,45;

После компенсации принимаем cosφк = 0,95 (из пределов cosφ = 0,92…0,95), соответственно   tgφк = 0,33;

2) Подставив найденные значения  в формулу (4.1) получим расчетную реактивную мощность КУ:

           Qк.р = α Рм (tgφ – tgφk) = 0,9*295,56(0,45 – 0,33) = 31,9 квар.

Согласно найденной мощности выбираем из справочника [6] компенсирующее устройство со стандартной мощностью 75 квар –

УКН – 0,38 – 75 УЗ

3) Определяем фактическое значение cosφф

               ;

             отсюда  cosφф = 0,98.

Результаты расчетов заносим в Таблицу 3.

 

Таблица 3 – Сводная ведомость нагрузок

Параметр	Cosφ	tgφ	Рм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
Всего на НН без КУ	0,91	0,45	495,56	129,49	322,68
КУ				75
Всего на НН с КУ	0,98	0,12	495,56	54,49	300,54
Потери			6,45	3,28	7,23
Всего на ВН с КУ			302	57,77	307,47

 

4) Определяем расчетную мощность  трансформатора с учетом потерь:

       ΔРТ = 0,02*Sнн = 0,02*322,68 = 6,45 кВт,

      ΔQТ = 0,1*Sнн = 0,1*322,68 = 38,86 квар;

    

5. Выбор силового трансформатора.

 

По справочнику [4] выбираем трансформатор ТМ – 400 со стандартной мощностью Sт = 400 кВА.

Паспортные данные трансформатора:

Uвн = 10 кВ;

Uнн = 0,4 кВ;

Рхх = 1,45 кВт;

Ркз = 5,5 кВт;

Uк = 4,5 %;

Iкз = 2,1 %.

 

 Коэффициент загрузки трансформатора:

                       Кз = Sнн /Sт = 307,47 / 400 = 0,76

 

 

              6. Расчет и выбор элементов системы электроснабжения.

 

6.1 Выбор аппаратов защиты и РУ.

 

При эксплуатации электросетей длительные перегрузки проводов и кабелей, КЗ вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой. Это приводит к преждевременному износу их изоляции, следствием чего может быть пожар, взрыв, поражение персонала.

Для предотвращения этого линия ЭСН имеет аппарат защиты, отключающий поврежденный участок.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и КЗ в линии.

Выключатели серии ВА разработок 51, 52, 53, 55 предназначены для отключений при КЗ и перегрузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижений напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. Выключатели серии ВА-51 и ВА-52 имеют тепловой и электромагнитный расцепители. Выключатели ВА-53, ВА-55 и ВА-75 имеют полупроводниковый максимальный расцепитель с регулированием ступеней.

1) Для выбора выключателя для  линии с одним двигателем необходимо  выполнить условие:

Iн.р ≥ 1,25Iн.д                         (6.1)

где Iн.р - номинальный ток расцепителя, А;

 Iн.д  - номинальный ток двигателя, А (максимальный ток в линии).

 

2) Рассчитаем токи в линиях, отходящих  от РП:

    Номинальный ток двигателей станков определяется по формуле:

,                                        (6.2)

где  Рн – номинальная мощность двигателя, кВт;

  cosφ и η – средний коэффициент мощности и КПД соответственно.

Принимаем cosφ = 0,7; η = 0,88.

Для  электропечей и сварочных аппаратов принимают:

                                           (6.3)

 

3) Для токарных автоматов:

;           Iн.р = 1,25*Iн.д =1,25*52,17 = 65,2 А

Соответственно из Таблицы А.6 [1]  выбираем выключатель ВА-51-31 с    Iн.р =80 А;

 

 

Для зубофрезерных станков:

;     Iн.р = 1,25*Iн.д =1,25*65,21 = 81,51 А

Выключатель ВА-51-31  с   Iн.р =100  А;

 

Для круглошлифовальных станков соединенных в магистральную схему питающей сети:

;     Iн.р = 1,25*Iн.д =1,25*17,39 = 21,73 А

Выбираем выключатель ВА-51-25  с   Iн.р =25  А;

 

Для круглошлифовальных станков соединенных в радиальную схему

питающей сети:

;     Iн.р = 1,25*Iн.д =1,1*34,78 = 38,25 А

Выбираем выключатель ВА-51-31  с   Iн.р =80  А;

 

Расчеты для пяти других РП производятся аналогично вышеприведенным.       

Полученные данные и паспортные данные автоматов заносятся в ведомость монтируемого оборудования (Таблица 4).

 

4) При выборе выключателя для  линии с группой электродвигателей (РП) необходимо выполнить следующее условие:                                    

                                      Iн.р ≥ 1,1Iм                         (6.1)

 где Iм – максимальный ток в линии, берется из сводной ведомости                                                                                   электрических нагрузок.

5) Для РП-1     Iн.р = 1,1*Iм =1,1*64,6 = 71,06 А

Выбираем выключатель ВА-51-31  с   Iн.р =80 А;

 

Для РП-2     Iн.р = 1,1*Iм =1,1*151,49 = 166,63 А

Выбираем выключатель ВА-51-35  с   Iн.р =200  А;

 

Для РП-3     Iн.р = 1,1*Iм =1,1*16,27 = 17,9 А

Выбираем выключатель ВА-51-25  с   Iн.р =20  А;

 

Для РП-4     Iн.р = 1,1*Iм =1,1*110,91 = 122 А

Выбираем выключатель ВА-51-33  с   Iн.р =125  А;

 

Для РП-5     Iн.р = 1,1*Iм =1,1*4,05 = 4,45 А

Выбираем выключатель ВА-51-25  с   Iн.р =5  А;

 

Для РП-6     Iн.р = 1,1*Iм =1,1*129,44 = 142,38 А

Выбираем выключатель ВА-51-33  с   Iн.р =160  А;

 

6.2 Выбор проводников  линий электроснабжения

 

Для внутрицехового электроснабжения, для питания электрооборудования применяем медный и алюминиевый четырехжильный кабель с поливинилхлоридной изоляцией марки ВВГ и АВВГ. Для питания мостовых кранов применяем гибкий кабель марки КПГС.

Кабель марок ВВГ и АВВГ применяются для электроснабжения электроприемников. Способ прокладки в сухих и влажных производственных помещениях, на специальных кабельных эстакадах и в блоках.  

Кабель марки КПГС применяется для присоединения передвижных механизмов к электрическим сетям на номинальное переменное напряжение до 660 В частотой до 400 Гц или постоянное напряжение до 1000 В.

 

Сечения кабелей выбираем из справочных данных [7]. Основное условие выбора:                            

Iдоп ≥ Iн.д

где Iдоп  - допустимая токовая нагрузка для данного кабеля с данным сечением;

 Iн.д – расчетный ток в линии, найденный из раздела 6.1.

 

Сравнивая эти токи, подбираем стандартные сечения кабелей ВВГ и КПГС. Данные о выбранных проводниках заносятся в ведомость монтируемого оборудования (Таблица 4).

 

Для линий от ТП к распределительным пунктам применяем кабель марки СПШв, в соответствии с расчетными токами находим сечения:

- для РП-1   СПШв- 4Í16,   Iдоп = 80 А;

- для РП-2   СПШв- 4Í70,   Iдоп = 185 А;

- для РП-3   ВВГ - 4Í4,        Iдоп = 35 А;

- для РП-4   СПШв- 4Í50,   Iдоп = 145 А;

- для РП-5   ВВГ- 4Í4,         Iдоп = 35 А;

- для РП-6   СПШв- 4Í70,   Iдоп = 185 А;

 

СПШв- кабель с медными жилами с бумажной изоляцией, пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами, в свинцовой оболочке, прокладываемый в воздухе.

 

 

 

7. Расчет и выбор питающей линии 10 кВ

 

Для внешнего электроснабжения ремонтно-механического цеха имеется возможность применения воздушной  линии, поэтому берем неизолированные провода. Линия одноцепная.

Для ВЛ характерны особые условия работы: они находятся постоянно под высоким напряжением; подвергаются воздействию ветра, резких колебаний температуры воздуха и влажности; подвергаются воздействию разрядов молнии, гололеда, снега.

Под допустимой нагрузкой неизолированных проводов по условиям нагрева понимается токовая нагрузка повышающая температуру провода до предельного значения (700С при полном безветрии).   

Выбираем сталеалюминевый провод марки АС – 10/1,8 ;  Iдоп = 84 А [7] .

Проверка проводов по нагреву выполняется из соотношения

                                                Iп.а  ≤ Iдоп.факт                  (7.1)

 где  Iдоп.факт – фактическая допустимая нагрузка на провод, определяется из выражения

                     Iдоп.факт = Iдоп * kν*kпер = 84*1*1,3 = 109,2 А;

где  kν =1 – поправочный коэффициент при температуре воздуха +250С;

     kпер = 1,3  - коэффициент перегрузки проводов [5];   

 

Iп.а (Iр)– расчетный ток в послеаварийном режиме для проверки проводов по нагреву. Он определяется по формуле:

Iр = I5*аi*at ;

где аi = 1,05 – коэффициент, учитывающий изменения нагрузки по годам эксплуатации;

at  – коэффициент, учитывающий число часов использования максимальной нагрузки линии (Тм) и коэффициент ее попадания в максимум нагрузки энергосистемы.    at = 1 при Тм = 5500 ч;

I5 – ток линии на пятый год ее эксплуатации, находится по формуле:

.

где Sвн – полная мощность, передаваемая по линии, в данном случае берем ее из таблицы 2          

nц – количество цепей линии.

 

  Iр =19*1,05*1=19,95

 

Таким образом, возвращаясь к соотношению (7.1), получаем:

                                  Iп.а = 19 ≤ Iдоп.факт=19,95 А.

То есть, выбранное сечение по условию нагрева подходит.                  

 

 

8. Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением  выше 1 кВ.

 

Для расчетов составляем расчетную схему (Рисунок 4-а) и схему замещения (Рисунок 4-б), в которых учитываем сопротивления трансформаторов на ГПП, линии от энергосистемы до ГПП и линию от ГПП до цехового трансформатора.

 

Рисунок 4 – Расчетная схема (а) и схема замещения (б)

 

Считаем, что питание осуществляется от системы неограниченной мощности, следовательно Хс = 0. Для генераторов, трансформаторов, высоковольтных линий обычно учитывают только индуктивные сопротивления. Для ВЛ-2 учитываем также и активное сопротивление.

ВЛ-1 выполнена проводом АС-95; х0 = 0,4 Ом/км.

ВЛ-2 выполнена проводом АС-10; х0 = 0,4 Ом/км.

На ГПП принимаем два трансформатора ТМ-1 напряжением 35/10,5 кВ; мощностью по 1000 кВА; потери напряжения на КЗ Uк = 6,5% [4].

Принимаем базисную мощность Sб = 100 МВА. Расчет сопротивлений производим в относительных единицах.

 

Решение.

1) Вычисляем сопротивления элементов  схемы:

ВЛ-1:  ;

ВЛ-2: ;

 

 

Трансформаторы на ГПП:

;

 

Для расчета активного сопротивления необходимо найти удельное активное сопротивление r0:

 Ом/км;

где  γ – удельная проводимость материала, для алюминия γ = 30 м/(Ом*мм2);

       S – сечение проводника, мм2.

Определяем активное сопротивление для ВЛ-2: 

  .

Суммарное и полное сопротивления до точки КЗ:

Х∑ = Хл1 + Хт + Хл2 = 0,45 + 3,25 + 0,36 = 4,06;

 

;

 

2) Базисный ток находится по  формуле:

;

 

3) Ток  короткого замыкания в  точке К1:

  ;

 

4) Определяем ударный ток КЗ. Так как активные сопротивления  в схеме практически не учитываются, то принимаем значении ударного  коэффициента Ку = 1,8 и  q = 1,52

Ударный ток КЗ:

;

 

5) Мощность короткого замыкания:

;

 

6) Действующее значение тока  КЗ в установившемся режиме:

.

 

 

9. Расчет токов короткого замыкания в сети напряжением до 1кВ.

 

9.1 Выбор точек и расчет токов КЗ

 

Расчетная схема от цехового трансформатора до вентилятора представлена на Рисунке 5-а.

Lвн = 0,9 км;

Lкл1 = 54 м (расстояние от шин НН до РП-6);

Lкл2 = 6 м (длина линии от РП-6 до вентилятора).

Рядом с автоматами даны их номинальные токи. Расчет  токов КЗ производим в трех точках – К1, К2 и К3.

 

 

 

Рисунок 5 – Расчетная схема(а) и схема замещения(б) для расчета токов КЗ.

 

 

Решение:

1) Составляем схему замещения (Рисунок 5-б), и нумеруем точки КЗ в соответствии с расчетной схемой.

 

2) Вычисляем сопротивления элементов  по соответствующим формулам.

Для системы:

  - ток системы;

Наружная ВЛ согласно 7 разделу  курсового проекта – 

 АС-3Í10/1,8;   Iдоп = 84 А;

 

Удельные сопротивления провода (согласно предыдущим расчетам):

x0 = 0,4 Ом/км; откуда  ;

r0 = 3,33 Ом/км;            

 

Приводим сопротивления к стороне низкого напряжения:

 

Для трансформатора сопротивления находим по таблице 1.9.1 [1] для мощности 630 кВА: