Расчет электроснабжение участка механосборочного цеха

Меры по снижению реактивной мощности: естественная компенсация без применения специальных компенсирующих устройств; исскуственные меры с применением компенсирующих устройств.

К естественной компенсации относятся: упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки; создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации; замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка; применение синхронных двигателей вместо асинхронных; ограничение продолжительности холостого ход двигателей и сварочных аппаратов.

К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности.

Выбор компенсирующих устройств

1) Определяем мощность компенсирующего  устройства

 

 (18)

 

где tgφk – находится в зависимости от cosφk=0,92, который

необходимо получить после установки КУ, Рм – общая активная мощность системы электроснабжения;

 

 

Выбираем две комплектные конденсаторные установки КУ – УКН-0,38-75УЗ мощностью Qк.ст = 75 квар;

2) Определяем фактический tgφ

 

 (19)

 

3) Определяем cosφ в зависимости от tgφ

 

cosφф = cos (arctg φф) = 0,97 (20)

 

Полученный cosφф удовлетворяет условию, поэтому выбранные компенсирующие устройства можно принять к установке.

 

2.3 Расчет и выбор элементов  электроснабжения

 

2.3.1 Выбор аппаратов защиты и  распределительных устройств

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. Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей. Для защиты электрических сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранители являются токоограничивающими аппаратами, так как в них обеспечивается околодуговое пространство и отключение цепи настолько быстро, что при больших кратностях тока в предохранителе ток не успевает достигнуть предельного значения. Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором до 100 кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и останова электродвигателя и реверса. В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемый электродвигатель от перегрузки. Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока с прямоходовой магнитной системой, в который дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы цепи ЭД. Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических цепей при анормальных режимах (КЗ и перегрузки), для редких оперативных включений (3-5 в час) при нормальных режимах, а также для защиты цепей от недопустимых снижениях напряжения. Для защиты от токов КЗ в автоматическом выключателе применяется электромагнитный расцепитель мгновенного действия. Тепловой (обычно биметаллический) расцепитель предназначен для защиты от перегрузок, за счет изгибания биметаллической пластины. Расцепитель минимального напряжения срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети (30-50%). Такие расцепители применяют для ЭД, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.

Произведем выбор аппаратов защиты, устанавливаемых у силовых шкафов.

1) К силовым шкафам примем  к установке автоматические выключатели, так как они защищают одновременно  от токов КЗ и перегрузок  одновременно.

2) Произведем расчет для силового  шкафа 1

 

Iр = 327 А – расчетный ток силового шкафа;

Iн.а.>=Iн.р. (21)

Iн.р.>=Iр=327 А

 

Выбираем автоматический выключатель серии ВА52-37, Iн.а. = 400 А, Iн.р.= 400 А, U = 380 В.

Аналогично выбираем автоматические выключатели ко всем силовым шкафам. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.

 

Таблица 2.

	Iр, А	Iном, А	Iн.р. А	Uном, В	Тип АВ
СШ1	327	400	400	380	ВА52-37
СШ2	78,8	100	80	380	ВА51Г-31
СШ3	50,2	100	50	380	ВА51Г-31

 

Для остальных приемников малой мощности целесообразно применить магнитные пускатели совместно с предохранителями.

Произведем выбор для сварочных аппаратов с Iном = 140 А

1) Выбираем магнитный пускатель  типа ПМЛ-6200 с Iном = 140 А и номинальным током главных контактов Iном.гл.кон = 140 А, номинальное напряжение U = 380В;

2) Выбор предохранителя. Определяем  ток плавкой вставки

 

 (22),

 

Выбираем предохранитель типа НПН-60М с номинальным током патрона Iном= 1000 А, и номинальным током плавкой вставки Iном.вст= 630 А

Аналогично выбираем магнитные пускатели и предохранители к остальным приемникам. Результаты заносим в таблицу 3.

 

Таблица 3.

Приемники	Тип магнитного пускателя	Iном, А	Iном.гл.кон, А	Тип предохранителя	Iном, А	Iном.вст, А
Наждачные станки	ПМЛ-6200	140	140	ПП-17	1000	630
Карусельно-фрезерные станки	ПМЛ-6200	120	120	ПН2-600	600	500
Вертикально-протяжные станки	ПМЛ-6200	120	120	ПН2-600	600	500
Токарные полуавтоматы	ПМЛ-3200	50	50	ПН2-250	250	200
Продольно-фрезерные станки	ПМЛ-3200	50	50	ПН2-250	250	200
Горизонтально-расточные станки	ПМЛ-2200	20	20	ПН2-100	100	80
Вертикально-сверлильные станки	ПМЛ-3200	35	35	ПН2-250	250	125
Кругло-шлифовальные станки	ПМЛ-2200	20	20	ПН2-60	100	80
Закалочная установка	ПМЛ-3200	35	35	ПН2-250	250	125
Клепальная машина	ПМЛ-3200	60	60	ПР2-350	350	300

 

Проводники электросетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля-Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания ток Q = I2Rt. 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 предельнодопустимые 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.

Значение допустимых длительных токовых нагрузок составляем для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +25°С, температура земли +15°С и при условии, что в траншее уложен только один кабель. Если условие прокладки проводников отличается от идеальных, то допустимый ток нагрузки определяется с поправкой на температуру (kп1) и количество прокладываемых кабелей в одной траншее (kп2)

 

 (23)

 

Определяем сечение кабеля для силового шкафа №1.

1) Расчетный ток СШ1 равен Iр = 35,5 А

По рекомендации выбираем кабель сечением S = 10 мм2 и допустимым током Iд = 85 А;

2) Проверяем выбранный кабель  по условию нагрева

 

 

По условию Iд>= Iд/, следовательно, условие выполняется;

3) Проверяем кабель по потере  напряжения

 

 (24)

 

где l – длина кабельной линии, км;

r0 – активное сопротивление кабеля, Ом/км (принимается в зависимости от сечения кабеля);

х0 – индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.

К остальным силовым шкафам расчет сечения кабелей ведется аналогично. Расчетные данные заносим в таблицу 4.

 

Таблица 4.

	Iр, А	Iд, А	S,мм2	Iд/, А	Kп1	Кп2	L, км	R0, Ом/км	Х0, Ом/км	ΔU,%
СШ1	327	340	40	332	1,04	0,94	0,03	1,85	0,099	0,58
СШ2	78,8	85	10	83	1,04	0,94	0,05	1,85	0,099	1,6
СШ3	50,2	85	10	83	1,04	0,94	0,02	1,85	0,099	0,7

 

По рассчитанным токам для групп электроприемников распределительные силовые шкафы

1) Для СШ1, Iр = 327 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа ПН2-400.

2) для СШ2, Iр = 78,8 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.

3) для СШ3, Iр = 50,2 А выбираем силовой шкаф серии ШРС1-53У3 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.

 

 

2.4 Расчет токов короткого замыкания  и проверки элементов в характерной  линии электроснабжения

 

2.4.1 Общие сведения о КЗ

При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут возникать замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 – 92 % от общего числа КЗ).

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами коротких замыканий могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.

Короткие замыкания могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ самоликвидируется в течении безтоковой паузы коммутационного аппарата.

Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств.

Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.

Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.

Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.

 

2.4.2 Расчет токов КЗ

Определяем сопротивления элементов цепи расположенных на стороне высокого напряжения трансформатора

 

 (25)

 (26)

 

где Lc – длина линии до трансформатора, х0 – удельное индуктивное сопротивление линии, r0 – активное удельное сопротивление.

Сопротивления приводятся к НН:

 

 

4) Определяем сопротивления для  трансформатора

Rт=16,6 мОм, Хт=41,7 мОм

 

5) Определяем сопротивления для  автоматических выключателей

 

1SF R1SF= 0,4 мОм, X1SF=0,17 мОм, Rп1SF=0,6 мОм

SF1 RSF1= 1,3 мОм, XSF1=1,2 мОм, RпSF1=0,75 мОм

 

6) Определяем сопротивление кабельных  линий

 

КЛ1 r0/=3,12 мОм, x0=0,099 мОм

 

Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то

 

КЛ2 r0/=4,16 мОм, x0=0,08 мОм

 

7) Определяем сопротивления участков  цепи до каждой точки КЗ

 

 

8) Определяем 3-фазные и 2-фазные  токи КЗ

 

 

9) Определяем ударные токи КЗ

 

10) Определяем действующее значение  ударного тока

 

 

где q – коэффициент действующего значения ударного тока

 

 

11) Результаты расчетов заносим  в сводную ведомость токов  КЗ таблица 5.

 

Таблица 5

Точка КЗ	Rк, мОм	Xк, мОм	Zк мОм	Rк/Xк	Ку	q	, кА	iу, кА	, кА	, кА	Zп, мОм	, кА
К1	103	50,3	114,6	>1	1	1	2,01	2,01	2,01	1,75	15	2,9
К2	50,1	3,9	50	>1	1	1	4,6	4,6	4,6	4,02	91,2	1,4
К3	14	0,8	14,1	>1	1	1	16	16	16	13,92	371	0,5