Проектирование системы электроснабжения кузнечно-прессового цеха

                                              Режимы нейтрали сетей.

Нейтраль сети- это соединения точек нулевого потенциала оборудования.

Она может быть:

·  Глухозаземленной;

·  Изолированной от земли;

·  Резонансно-заземленная (соединения с землей через активное или реактивное сопротивление).

Режимы нейтрали внутрицеховых  сетей.

Глухозаземленная нейтраль.

 Внутрицеховые сети  в основном выполняются 3-х  фазными, 4 проводимые (3 фазных провода  + 4-нулевой).

Такая конструкция позволяет  по 1 сети запитывать силовое оборудование (3-фазные электродвигатели) и электроосвещение (1-фазные электроприемники). При 1 фазном замыкании на землю (на корпус металла) электрооборудование возникает  ток однофазного короткого замыкания, которое быстродействующая защита (автоматический выключатель или предохранитель), установленная в фазу сети отключает электроприемники. В сети глухозаземленной нейтрали для надежного срабатывания защиты, в проводящей части электрооборудования (корпуса), соединяют нулевым проводом с нейтралью трансформатора.

Зануление – необходимая  и достаточная мера электробезопасности  в сетях, напряжением до 1 кВ с  глухозаземленной нейтрального источника  питания. С помощью нулевого провода  образуется короткое замыкание, цепь называется петля «фаза- нуль».

За счет этого тока многократно  увеличивается достаточным для  срабатывания защиты на время действия защиты до полного отключения поврежденного  участка.

Зануление обеспечивает снижение напряжения прикосновения до безопасных значений.

Выбор способа заземления нейтрали определяется.

1.  Безопасность обслуживания  сети.

2.  Надежность электроснабжения  электроприемника.

3.  Экономичность.

На неповрежденных фазах  относительно земли напряжение не повышается и изоляция может быть рассчитана на фазное напряжение, а не на междуфазное  напряжение (линейное). Однако при частых однофазных коротких замыканиях возникают  тяжелые условия для защитных аппаратов при отключении, что  может привести к повреждению  обмотки трансформатора.

3-фазные 4-проводные сети  обладают меньшей надежностью  в сравнении с 3-проводными, так  как при однофазных коротких  замыканиях на землю требуют  немедленного отключения и как  следствие наступает перерыв  электроснабжения.

Экономичность сетей оценивается  стоимостью проводников и затрат на дополнительное оборудование. В  данном случае 4 провод ведет к удорожанию сети, но экономичность достигается  за счет использования 1 сети для силового и осветительного оборудования.

Опасность поражения персонала  электричеством током в сетях  с глухозаземленной нейтралью источника  питания больше, чем в сетях  с изолированной нейтралью, так  как имеется электрическая связь  токоведущих частей с землей.

В условиях повышения требований электробезопасности можно использовать 3-фазные 3-х проводные сети для  внутреннего электроснабжения. Такие  сети работают с изолированной нейтралью  источника питания на напряжение 380 В.

                                                   Расчет электрических нагрузок

Для расчета электрических  нагрузок в узлах электроснабжения используют показатели графиков нагрузок, существующих на предприятиях.

Pp max- расчетная максимальная  нагрузка.

Pсм- средняя нагрузка за  более нагруженную нагрузку (среднемесячная).

P уст – установленная  мощность определяется как сумма  мощностей  всех электроприемников,  присоединенных к данному узлу.

Все расчетные нагрузки определяются установленной мощности узла (участка, цеха, предприятия).

Kи =Pcм /Pуст

– коэффициент испытания  всегда меньше 1, так как электроприемники включаются одновременно, время их включения меньше продолжительности  рабочей смены.

Km = Рр max / P см

 – коэффициенты максимума устанавливают увеличение расчетной нагрузки по отношению к средней сменной.

Kс = Рр max / P уст

 – коэффициент спроса, так как одновременно в работе  находится часть электроприемников  расчетной меньше, чем установленной  мощности оборудования.

В настоящее время вместо Кm в электроустановках до 1000 В  ввели коэффициент K p – коэффициент  активной мощности ([3]- Конюхова).

Показатель графиков нагрузок (Kи, Km, Kc) для существующих предприятий  приводится в справочных таблицах для  однотипного оборудования или отдельных  производств в литературе ([2]- Коновалова, [4]- Ливкин, [9]- Барыгин).

Выбор метода расчета зависит  от расположения узла в схеме электроснабжения и от исходных данных на низких уровнях  электроснабжения.

Когда имеются сведения о  поддельных электроприемниках (мощность, режим работы) используются более  точные методы расчета.

                                                  Pc смен = Kи х Pуст

Рр max = Km х P см

На высших и низших уровнях  электроснабжения используют те же методы расчетов. При достаточных сведениях  используют метод коэффициента спроса (Kс).

На стадии получения технических  условий, на электроснабжение предприятий, для определения расчетных ожидаемых  нагрузок (требуемой мощности) можно  применить методы, основанные на удельных показателях (расходы электроэнергии на единицу производной площади, расходы электроэнергии на 1 работающего).

Классификация электроприемников  напряжением до 1 кВ

1.  По роду тока.

2.  По числу фаз.

3.  По режиму работы (кратковременный, продолжительный,  повторно-кратковременный).

4.  По технологическому  назначению электроприемники делятся:

·  Механическое оборудование (электродвигатели станков и                                       других технологических механизмов).

·  Грузоподъемное оборудование (электро краны, кран балки (тельферы), электротали).

·  Внутрицеховой транспорт (ленточные, подвесные, цепные, скрепковые и другие транспортные конвейеры).

·  Электро - технологические  установки (сварочное оборудование, гальванические, электролизные и  другие установки). В группе технологических  установок отдельно выделяют электронагревательные  установки и электропечи.

·  Общепромышленные установки (насосы, компрессоры, вентиляторы).

В продолжительном режиме работают: общепромышленные установки, электропечи и механическое оборудование.

Повторно-кратковременный  режим является характерным для  грузоподъемных механизмов, внутрицехового оборудования и сварочного оборудования.

Электроприемников напряжением  до 1 кВ делят на силовые и осветительные. К осветительным относятся также  и слаботочные потребители: системы  связи и сигнализации, средство обнаружения  пожара, в системах автоматической пожарной сигнализации, комплекса охранных систем. Остальное оборудование относится  к силовому.

                              Рассмотрим на примере РП.

Порядок расчета.

1. Все электроприемники, подключенные  к РП разбиваем на группы  по технологическому признаку.

Расчеты нагрузок выполняются  в виде таблицы, в которой группы электроприемников записываются с  учетом технологического назначения и  коэффициента использования (группы однотипного  оборудования).

2. Далее в таблицу вносится  действительное число электроприемников  в группе (п), установленная (номинальная)  мощность.

Для электроприемников повторно-кратковременного режима  указывается мощность, приведенная  к продолжительному режиму.

P ном. =P пасп.  х ПВ                       (ПВ в единицах)

Далее определяют отношение  номинальной мощности наибольшего  электроприемника в группе к наименьшему.

m = P ном max /P ном min

При этом учитывают, что если суммарная мощность одинаковых по мощности «маленьких» электроприемников  меньше 5 % от номинальной мощности всей группы, то при определении m, а далее  при определении n, эти электроприемники не учитывают.

После того, как сформированы группы электроприемников справочных таблиц литературы [2],[4],[9]. Коэффициенты использования и cos , по которому расчитывается  соответственно ему tg. Определив среднесменные  активные, реактивные нагрузки определили среднюю активную и реактивную нагрузки за наиболее загруженную смену для  группы электроприемников и для  узла РП-1. Далее определяем средневзвешенный коэффициент узла.

                          Ки ср взв= Рсм узла / Руст  узла = 77,3 / 268 = 0,29

А также средневзвешенный коэффициент мощности по соответствующему средневзвешенному tg.

                                  Tg =  Qсм узла / Рсм узла = 91,3 / 77,3 = 1,18

При определении эффективного числа электроприемников учитывают  следующее:

1,Если m<=, то n=nэ без “маленьких”  (<5 %).

          2.Если m> и Ки ср взв> 0,2, то nэ=  2Еn1 Рном / Рном max.

             Если nэ  > n , то принимают n=nэ  без “маленьких” (<5 %).

           3. Если m< и Ки ср взв< 0,2, то nэ  определяют по таблицам.

         Для  этого находят Р* = Еn1Рном1 / Еn1Рном 

n* = n1 / n

Р* - относительная мощность наиболее мощных электроприемников.

Еn1Рном1 -  суммарная номинальная  мощность наиболее крупных электроприемников  группы n1, номинальная мощность каждого  из которых равна или более  половины мощности наибольшего электроприемника.

 Еn1Рном  - суммарная  номинальная мощность всех электроприемников  группы n.

n* - относительное число  наиболее мощных электроприемников.

 Определив Р* и n* по таблицам, находят nэ* .а затем  nэ  = nэ* * n

   Рр max = Рсм * Км

  Qp max = Pp max * tgср вз

  Q max = Км * Qсм 

При Ки <= 0,2 и nэ <= 100

При Ки > 0,2 и nэ < 10 имеем  Кмах = 1,1.

В остальных случаях Кмах = 1.

Остальные данные приводятся в сводной таблице расчетных  нагрузок.

Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП)

В соответствии с требованиями по обеспечению надежности электроснабжения для потребителей 1 категории должно быть 2 источника питания, для второй категории рекомендуется 2 источника  питания, но возможно питание и от 1. Потребители 3 категории могут  получать питание от 1 источника  питания. Цеховые подстанции для  электроприемников 1 категории и  в большинстве случаев и для 2 категории выполняются 2-х трансформаторными. Однотрансформаторные устанавливаются  для потребителей 3 категории и  при небольшой мощности 2 категории. Для сокращения номенклатуры складского резерва,  мощность трансформатора выбирают из стандартного ряда номинальных  мощностей, чтобы на одном предприятии  было не более одной,  в крайнем  случае двух различных мощностей.

Стандартный ряд мощностей, выпускаемых силовых трансформаторов (0,4 кВ), в кВА 100, 160, 250, 400; 630, 1000, 1600, 2500.

Цеховые подстанции размещаются  внутри цехов равномерно с максимальным приближением к потребителям, не более 200 метров. Конструктивное исполнение подстанций выбирается с условием окружающей среды, распределения нагрузок и  удобства обслуживания. Цеховые подстанции по конструктивному исполнению делятся  на:

Встроенные.

Пристроенные.

Отдельно стоящие.

Внутрицеховые.

Конструктивное исполнение подстанций выбирается из условий окружающей среды, с учетом распределения нагрузок и удобства обслуживания.

Резервирование потребителей осуществляется перегрузочной способностью трансформатора при наличие 2 источников и схемы внутризаводских сетей, то есть за счет особенностей присоединения  ЦТП к ГПП (10 кВ).

Для использования резервирования по сетям на стороне 10 кВ ЦТП устанавливается  распределительное устройство (КРУ  – комплектное распределительное  устройство), состоящее из выключателя, установленного на выкатной тележке  трансформаторов тока, шин, измерительных  приборов, изоляторов, устройств релейной защиты, расположенных в шкафу.

Шкаф состоит из 4 отсеков:

1.  Отсек высоковольтного  выключателя.

2.  Отсек релейной защиты  и измерительных приборов.

3.  Шинный отсек.

4.  Кабельных трансформаторов  тока и заземляющих ножей.

Также распределительное  устройство на ГПП со стороны 10 кВ вместо ячеек КРУ может состоять из ячеек  КСО (камера стационарного одностороннего обслуживания), в которой высоковольтный выключатель устанавливается на задней стене шкафа и связан с помощью тяги с приводом, расположенным на внешней стенке шкафа. На внешней стенке шкафа или на противоположной стенке от шкафа размещают устройство релейной защиты и приборы.

Со стороны 10 кВ силового трансформатора устанавливают ЦТП (КТП) устанавливают ВНП (выключатель  нагрузки с предохранителями).

Выбор мощности трансформатора осуществляется по расчетной среднемесячной нагрузке. Так как для трансформаторов  общего назначения масленых и сухих  по ПУЭ допустимы длительные систематические  перегрузки в нормальном режиме и  длительные перегрузки в послеаварийном режиме.

                                                                Виды перегрузок.

1.  Суточные – разрешается  перегружать трансформаторы в  час пик нагрузки, так как обладает  инертностью и не успевает  нагреться до критической температуры  (950С). За это время не происходит  старение изоляции обмоток трансформатора  и масла.

2.  Годовые – разрешается  согласно ПУЭ перегружать трансформатор  на 1 % за каждый процент недогрузки  летом (перегрузка зимой), но не  более 15 %. Для суточных и годовых  перегрузок составляются графики  нагрузок трансформатора, соответственно  суточные и годовые, которые  прилагаются к паспорту трансформатора  для ориентации по возможным  перегрузкам.

3.  Аварийная – при  аварии трансформатор на несколько  минут могут выдержать без  старения изоляции перегрузки  до 100 %. В следствии своей инертности.