Электроснабжение ремонтно-механического цеха
СОДЕРЖАНИЕ: Описание технологического процесса обеспечения электроснабжения ремонтно-механического цеха. Выбор напряжения и рода тока. Расчёт числа и мощности трансформаторов, силовой сети, ответвлений к станкам. Выбор и проверка аппаратуры и токоведущих частей.Министерство науки и образования Р.Ф.
Волжский филиал ГОУ ВПО Мар. ГТУ.
Специальность 270116
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По предмету: «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» на тему: Электроснабжение ремонтно-механического цеха»
Выполнил студент Журавлёв В.А.
Группа МЭ 41сз.
Руководитель
проекта Моргунов Е.П.
Волжск 2010
Содержание
1. Общая часть
1.1 Введение
1.2 Краткое описание технологического процесса
1.3 Выбор напряжения и рода тока
1.4 Выбор схемы электроснабжения
2. Расчётная часть
2.1 Расчёт мощности цеха
2.2 Расчёт числа и мощности трансформаторов
2.3 Расчёт силовой сети
2.4 Расчёт ответвлений к станкам
2.5 Расчёт токов КЗ
2.6 Выбор и проверка аппаратуры и токоведущих частей с высокой и низкой стороны
2.7 Выбор компенсирующих устройств
2.8 Расчёт заземления
Список литературы
1. Общая часть
1.1 Введение
К области электроснабжения относятся: производство, передача и распределение электроэнергии. Электроэнергию вырабатывают электростанции, которые подразделяются на гидравлические и тепловые. Последние в свою очередь делятся на конденсаторные, противодавленческие и смешанные.
Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия, которые обычно находятся либо в соответствующих сырьевых районах, либо в близи населённых пунктов промышленных районов.
Очевидно, что месторасположения заводов и фабрик не может совпадать с местом строительства гидростанций и крупных конденсационных станций.
Чем мощнее электростанция, тем больше фабрик, заводов или цехов она может снабжать электроэнергией и тем значительнее будет обслуживаемый ей район. Следовательно, при любых условиях возникает необходимость в передаче электроэнергии от электростанции к потребителям.
Передача электроэнергии осуществляется посредством линий электропередач и трансформаторов, устанавливаемых на повышающих и понижающих подстанциях.
Промышленными потребителями электроэнергии в большинстве случаев являются электродвигатели и светильники, количество которых весьма велико. Поэтому при передаче электроэнергии, одновременно должно происходить её постепенное распределение и разделение, сначала между крупными потребителями, а затем между всё более и более мелкими.
Распределение электроэнергии осуществляется в распределительных устройствах подстанций и в распределительных пунктах.
В электроснабжении предприятий все связанные со станциями вопросы имеют важное значение.
1.2 Краткое описание технологического процесса
Ремонтно-механический цех относится к вспомогательным цехам завода. Он обслуживает все цеха основного и вспомогательного производства завода, производит текущий и капитальный ремонт и изготавливает запасные части к оборудованию.
Электроприёмники цеха не связаны между собой технологическим процессом, их работа происходит независимо друг от друга и остановка одного или нескольких из них не вызывает остановки других электроприёмников.
В основном производстве механизмы РМЦ служат для обработки металлов.
В большинстве случаев такие цеха разбиваются на отделения, например: механическое, сварочное, кузнечное, сборочное, и т.д. Которые выполняют те или иные заказы основных цехов в соответствии с их требованиями.
Среда в цехе – нормальная.
По степени надёжности электроснабжения – относится к третьей категории.
1.3 Выбор напряжения и рода тока
Приёмники электрической энергии современных промышленных предприятий могут быть подразделены на группы, различающиеся по мощности, режиму работы, напряжению, роду тока.
Большая часть электроприёмников – электродвигатели производственных механизмов, электрическое освещение, электрические печи, электросварочные установки – являются, как правило, потребителями трёхфазного переменного тока промышленной частоты- 50 Гц.
Согласно ГОСТ 721-62, номинальные линейные напряжения электрических сетей в электроустановках до 1000 В должны соответствовать при трёхфазном переменном токе: 220, 380, 660 В.
Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют установки переменного напряжения 380/220В с глухо – заземлённой нейтралью. Выбор данного напряжения и рода тока обеспечивает возможность использования общих трансформаторов для питания силовой и осветительной нагрузки, а также снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях - по сравнению с напряжением 220/127В.
Указанное напряжение следует применять во всех случаях, где этому не препятствуют какие – либо местные условия и если технико – экономическими расчётами не доказана целесообразность применения более высокого напряжения. Наибольшая мощность трёхфазных электроприёмников, питаемых от системы напряжением 380 / 220В, не должна превышать величины, допускающей применение контакторов на ток 600 А.
1.4 Выбор схемы электроснабжения
Выбираем магистральную схему электроснабжения.
При магистральной схеме электроснабжения питающие магистрали присоединяются к распределительным щитам вторичного напряжения цеховых трансформаторных подстанций или непосредственно к трансформаторам по схеме блока: трансформатор – магистраль.
Дальнейшее распределение энергии производится распределительными магистралями, присоединёнными к главной магистрали с помощью коммутационных и защитных аппаратов.
Магистральные схемы, в отличие от радиальных, находят применение при нагрузках, которые распределены относительно равномерно по площади цеха.
Достоинство магистральной схемы питания заключаются в сравнительно небольшом количестве отходящих линий, уменьшающем расход цветных металлов, и уменьшения габаритов распределительных установок.
2. Расчётная часть
2.1 Расчёт мощности цеха
Расчёт мощности цеха производится методом коэффициента максимума.
Составляется таблица №-2
Питающая линия №1
Группа А. Ки = 0,14
№ 2 – 7 кВт
№ 1 - 10 кВт
№ 3 – 1 кВт
№ 4 – 7 кВт
№ 5- 16.2 кВт
№ 6 - 10 кВт
№ 7 – 4.5 кВт
№ 8 – 2.8 кВт
№ 9 – 2.8 кВт
Питающая линия №2
Группа А. Ки = 0.14
Группа Б. Ки = 0.16
№ 10 – 2.8 кВт
№ 11 – 0.6 кВт
№ 12 – 6.325 кВт
№ 13 – 3.525 кВт
№ 14 – 10 кВт
№ 15 – 0.6 кВт
№ 16 – 4.5 кВт
№ 17 – 6.2 кВт
Группа В. Ки = 0.25
№ 18 – 7 кВт
№ 19 – 2.8 кВт
№ 20 – 12.65 кВт
№ 21 – 7.5 кВт
№ 22 – 2.8 кВт
№ 23 – 4.5 кВт
Питающая линия № 3
Группа А. Ки = 0.14
Группа Б. Ки = 0.25
№ 24 – 4.5 кВт
№ 25 – 4.5 кВт
№ 26 – 4.5 кВт
№ 27 – 4.5 кВт
№ 28 – 0.6 кВт
№ 29 – 0.6 кВт
№ 30 – 20 кВт
Питающая линия № 4
Группа А. Ки = 0.14
Группа Б. Ки = 0.3
№ 31 – 4.5 кВт
№ 32 – 1 кВт
№ 33 – 4.5 кВт
Группа В. Ки = 0.8
№ 34 – 9.7 кВт с ПВ=65%
№ 35 – 4.5 кВт
Питающая линия № 5
Группа А. Ки = 0.1
Группа Б. Ки = 0.25
%№ 37 – 10 кВт
№ 41 – 1.4 кВт с ПВ=40
Группа В. Ки = 0.5
Группа Г. Ки = 0.8
№ 36 – 30 кВт
№ 39 – 7 кВт
№ 38 – 4.5 кВт
Расчёт:
1) Определяем для питающей линии 1 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)
Группа А: Рн = 47+1+27+34.5+22.8+42.8=73.3 кВт.
Группа Б: Рн = 510+216,2+610=142,4 кВт.
Всего по линии 1 Рн = 73,3+142,4 = 215,7 кВт.
2) Определяем для питающей линии 2 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)
Группа А: Рн=50,6+6,325+ 3,525+30,6+44,5+ 6,2+7+22,8+27,5+ 2,8+34,5 = 82,75 кВт.
Группа Б: Рн = 10+212,6 = 35,3 кВт.
Группа В: Рн = 2,8 кВт.
Всего по линии 2 Рн = 82,75+35,3+2,8 = 120,85 кВт.
3) Определяем для питающей линии 3 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)
Группа А: Рн = 24,5+20,6 = 10,2 кВт.
Группа Б: Рн = 4,5+44,5+4,5+0,6+220 = 67,06 кВт.
Всего по линии 3 Рн = 10,2+67,06 = 77,26 кВт.
4) Определяем для питающей линии 4 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)
Группа А: Рн = 4,5+21+4,5 = 10 кВт.
Группа Б: так как все электроприёмники должны быть приведены к ПВ = 100% то приведём сварочные аппараты с ПВ = 65%
и Рн=9,7 кВт. К ПВ=100%
Рн = РпПВп [4,стр.68 (3,10)]
Рн = 9,70,65 = 7,8 кВт.
Мощность Группа Б. Рн = 37,8 = 23,4 кВт.
Группа В: Рн = 24,5 = 9 кВт.
Всего по линии 4 Рн = 10+23,4+9 = 42,4 кВт.
5) Определяем для питающей линии 5 общую мощность Рн, кВт. (графа 4)
Группа А: так как все электроприёмники должны быть приведены к ПВ = 100% то приведём кран-балку с ПВ = 40% и Рн=1,4 кВт. К ПВ=100%
Рн = РпПВп [4,стр.68 (3,10)]
Рн = 1,40,4 = 0,9 кВт
Мощность Группа А. Рн = 0,9 кВт.
Группа Б: Рн = 10 кВт.
Группа В: Рн = 7 кВт.
Группа Г: Рн = 30+4,5+24,5 = 43,5 кВт.
Всего по линии 5 Рн = 0,9+10+7+43,5 = 61,4 кВт.
Итого по цеху Рн = 215,7+120,85+77,26+42,4+61,4 = 517,6 кВт.
6) Для каждой питающей линии определяем отношение:
Рн max
m = -----------[2,стр.16,(1,4)](1)
Pн min
Где Рн maxи Рн min – соответственно наибольшая и наименьшая мощности двух электроприёмников в данной линии (графа 5)
16.2
Питающая линия 1: m = ---------- = 16.2(1)
1
12,65
Питающая линия 2: m = ---------- = 21,1 (1)
0,6
20
Питающая линия 3: m = ---------- = 33,3(1)
0,6
7,8
Питающая линия 4: m = ---------- = 7,8(1)
1
30
Питающая линия 5: m = ---------- = 33,3(1)
0,9
30
Итого по цеху: m = -------- = 50(1)
0,6
Коэффициент использования Ки и cos ф определяем из таблиц:
[4 стр. 66-69]. (графа 6 и 7)
По значениям cos ф определяем tg ф (графа 7)
7) Активная и реактивная мощность смены определяется по формулам:
Рсм = Ки Рн [4 стр. 103, (4,18)] (графа 8)(2)
Где - Рсм – активная мощность смены, кВт.
Ки - коэффициент использования(графа 6)
Рн – общая мощность кВт.
Qсм = Рсм tg ф[4,стр. 103,(4,19)](графа 9)(3)
Где – Qсм – реактивная мощность смены, кВар.
Рсм – активная мощность смены, кВт.
tg ф – (графа 6)
Питающая линия 1:
Группа А: Рсм = 0,1473,3 =10,3 кВт.(2)
Qсм = 10,3 1,73 = 17,8 кВар(3)
Группа Б: Рсм = 0,16 142,4 = 22,8 кВт.(2)
Qсм = 22,8 1,33 = 30,3 кВар.(3)
Всего по линии 1:
Рсм = РсмА + РсмБ = 10,3+22,8 = 33,1 кВт.
Qсм = Qсм1 + Qсм2 = 17,8 + 30,3 = 48,1 кВар.
Питающая линия 2:
Группа А: Рсм = 0,14 82,75 = 11,6 кВт. (2)
Qсм = 11,6 1,73 = 20 кВар.(3)
Группа Б: Рсм = 0,16 35,3 = 5,6 кВт.(2)
Qсм = 5,6 1,33 = 7,5 кВар.(3)
Группа В: Рсм = 2,8 0,25 = 0,7 кВт.(2)
Qсм = 0,7 0,75 = 0,5 кВар.(3)
Всего по линии 2: Рсм = РсмА + РсмБ + РсмВ = 11,6+5,6+0,7=17,9 кВт.
Qсм = Qсм А + Qсм Б + Qсм В = 20+7,5+0,5 = 28 кВар.
Питающая линия 3:
Группа А: Рсм = 10,2 0,14 = 1,4 кВт. (2)
Qсм = 1,4 1,73 = 2,4 кВар.(3)
Группа Б: Рсм = 67,06 0,25 = 16,8 кВт.(2)
Qсм =16,8 0,75 = 12,6 кВар.(3)
Всего по линии 3: Рсм = РсмА + РсмБ = 1,4+16,8 = 18,2 кВт.
Qсм = Qсм А + Qсм Б =2,4+12,6 = 15 кВар.
Питающая линия 4:
Группа А: Рсм = 10 0,14 = 1,4 кВт.(2)
Qсм = 1,4 1,73 = 2,4 кВар.(3)
Группа Б: Рсм = 23,4 0,3 = 7 кВт.(2)
Qсм = 7 2,29 = 16 кВар. (3)
Группа В: Рсм = 9 0,8 = 7,2 кВт. (2)
Qсм = 7,2 0,62 =4,5 кВар. (3)
Всего по линии 4: Рсм = РсмА + РсмБ + Рсм В = 1,4+7+7,2=15,6 кВт.
Qсм = Qсм А + Qсм Б + Qсм В = 2,4+16+4,5 = 22,9 кВар.
Питающая линия 5:
Группа А: Рсм = 0,9 0,1 = 0,09 кВт.(2)
Qсм = 0,09 1,73 = 0,15 кВар.(3)
Группа Б: Рсм = 10 0,25 = 2,5 кВт.(2)
Qсм = 2,5 1,17 =2,9 кВар.(3)
Группа В: Рсм = 7 0,5 = 3,5 кВт.(2)
Qсм = 3,5 1,02 = 3,6 кВар.(3)
Группа Г: Рсм = 43,5 0,8 = 34,8 кВт.(2)
Qсм = 34,8 0,62 = 21,6 кВар.(3)
Всего по линии 5 Рсм = 0,09+2,5+3,5+34,8 = 40,8 кВт.
Qсм = 0,15+2,9+3,6+21,6=28,3 кВар.
Итого по цеху: Рсм =33,1+17,9+18,2+15,6+40,8 = 125,6 кВт.
Qсм = 48,1+28+15+22,9+28,3 = 142,3 кВар.
8) Средневзвешенные значения коэффициента использования Ки по каждой линии и цеху, определяем по формуле:
Рсм
Ки = ---------[2, стр. 11,(1.1)](4)
Рн
Где Рсм – суммарная активная мощность смены кВт.
Рн – суммарная общая мощность кВт.
33,1
Питающая линия 1: Ки = --------- = 0,15(4)
215,7
17,9
Питающая линия 2: Ки = --------- = 0,15(4)
120,85
18,2
Питающая линия 3: Ки = --------- = 0,23 (4)
77,26
15,6
Питающая линия 4: Ки = --------- = 0,37(4)
42,4
40,8
Питающая линия 5: Ки = --------- = 0,67(4)
61,4
125,6
Итого по цеху: Ки = --------- = 0,24(4)
517,6
9) Среднее значение tg ф по линиям и цеху определяем по формуле:
Qсм
tg ф = ----------[2,стр. 26](5)
Рсм
Где Qсм – суммарная реактивная мощность смены, кВар.
Рсм – суммарная активная мощность смены кВт.
48,1
Питающая линия 1: tg ф = ---------- = 1,45(5)
33,1
28
Питающая линия 2: tg ф = ---------- = 1,6(5)
17,9
15
Питающая линия 3: tg ф = ---------- = 0,82(5)
18,2
22,9
Питающая линия 4: tg ф = ---------- = 1,47(5)
15,6
28,3(5)
Питающая линия 5: tg ф = ---------- = 0,7
40,8
142,3
Итого по цеху: tg ф = ---------- = 1,13(5)
125,6
10) По среднему значению tg ф определяем среднее значение cos ф по линиям и цеху
Питающая линия 1: tg ф = 1,45 cos ф = 0,57
Питающая линия 2: tg ф = 1,6cos ф = 0,53
Питающая линия 3:tg ф = 0,82cos ф = 0,77
Питающая линия 4:tg ф = 1,47cos ф =0,56
Питающая линия 5:tg ф = 0,7cos ф = 0,82
Итого по цеху: tg ф = 1,13cos ф = 0,66
11) Эффективное число электроприёмников nэ (графа 10) определяем следующим способом:
Питающая линия 1:
nэ определяем по 2 – му способу так как n больше 5 и
Ки меньше 0,2
Обозначим n1 – число эл.приёмников имеющих мощность больше половины наибольшего по мощности эл.приёмника данной линии.
Тогда находим величину n* :
.n1
. n* = -------- [2, стр.18,(1.6)](6)
n
т. е. отношение этого количества к общему их числу. Далее определяем суммарную номинальную мощность этих приёмников -Рн1
Определяем отношение Рн1 к общей номинальной мощности всех эл.приёмников
Рн1
Р* =---------- [2стр. 18,(1.6)](7)
Рн
По Р* и n* определяем nэ* по таблице ( Цигельман стр. 464)
Тогда nэ определяем по формуле :
nэ = nэ* n[2 стр 18, (1,7)](8)
n = 29
Рmax = 16,2 кВт. 16,2 / 2 = 8,1
n1 = 5+2+6 = 13
Рн1 = 510+610+216,2 = 142,4 кВт.
n* = 13 / 29 = 0,45 (6)
Р* = 142,4 / 215,7 = 0,66 (7)
nэ* = 0,81( Цигельман стр. 464)
nэ = 0,81 29 = 23,5 (8)
Питающая линия 2:
nэ определяем по 2 – му способу так как n больше 5 и
Ки меньше 0,2. аналогично линии 1:
n = 28
Рmax = 12,6512,65 / 2 = 6,33
n1 = 1+1+2+2 = 6
Рн1 = 10+7+212,65+27,5 = 50,3 кВт.
n* = 6 / 28 = 0,21 (6)
Р* = 50,3 / 120,85 = 0,42 (7)
nэ* = 0,76( Цигельман стр. 464)
nэ = 0,76 28 = 21,3 (8)
Питающая линия 3:
nэ определяем по 4 – му способу так как m больше 3 и
Ки больше 0,2. по формуле:
2 Рн
. nэ = --------- [6, стр.194,(8,27)](9)
Рmax
Рн = 77,26 кВт.Pmax =20 кВт.
nэ = 277,26 / 20 = 7,7 (9)
Питающая линия 4:
nэ определяем по 4 – му способу так как m больше 3 и
Ки больше 0,2.
Рн = 42,4 кВт.Рmax = 7,8 кВт
nэ = 242,4 / 7,8 = 10,9 (9)
Питающая линия 5:
nэ определяем по 4 – му способу так как m больше 3 и
Ки больше 0,2.
Рн = 61,4 кВтРmax = 30 кВт
nэ = 261,4 / 30 = 4 (9)
Итого по цеху:
nэ определяем по 4 – му способу так как m больше 3 и Ки больше 0,2.
Рн = 517,6 кВт.Рmax = 30 кВт
nэ = 2517,6 / 30 = 34,5 (9)
12) по Ки и nэ определяется коэффициент максимума Км по таблице [4,стр.71,(3.7)] (графа 11):
Питающая линия 1: Км = 1,65
Питающая линия 2: Км = 1,65
Питающая линия 3: Км = 2,1
Питающая линия 4: Км = 1,6
Питающая линия 5: Км = 1,46
Итого по цеху: Км = 1,34
13) Определяем максимальную активную Рм и реактивную Qм мощности по линиям и цеху по формулам:
Рм = Км Рсм [4,стр.103,(4,17)](графа 12) (10)
Qм = Км Qсм[4,стр.105,(4.26)](графа 13) (11)
Питающая линия 1: Рм = 1,65 33,1 = 54,6 кВт. (10)
Qм = 1,65 48,1 = 79,4 кВар. (11)
Питающая линия 2: Рм = 1,65 17,9 = 29,5 кВт. (10)
Qм = 1,65 28 = 46,2 кВар. (11)
Питающая линия 3: Рм = 2,1 18,2 = 38,2 кВт. (10)
Qм = 2,1 15 = 31,5 кВар. (11)
Питающая линия 4: Рм = 1,6 15,6 = 25 кВт. (10)
Qм = 1,6 22,9 = 36,6 кВар. (11)
Питающая линия 5: Рм = 1,46 40,8 = 59,5 кВт. (10)
Qм = 1,46 28,3 = 41,3 кВар. (11)
Итого по цеху:Рм = 1,34 125,6 = 168,3 кВт. (10)
Qм = 1,34 142,3 = 190,6 кВар. (11)
14) Определяем максимальную полную мощность Sм и максимальный ток Iм по линиям и цеху по формулам:
Sм = Рм + Qм[4.стр.105,(4.27)](графа 14) (12)
Sм
Iм = --------[6,стр.185,(8.16)](графа 15)(13)
3Uн
Где Uн напряжение равное 380 В.
Питающая линия 1:
Sм = 54,6 + 79.4 = 96.4 кВа.(12)
Iм = 96,4*10 / 1,73*380 = 146,5 А.(13)
Питающая линия 2:
Sм = 29,5 + 46,2 = 54,8 кВа.(12)
Iм = 54,8* 10/ 1,73*380 = 83,3 А. (13)
Питающая линия 3:
Sм = 38,2 + 31,5= 49,5 кВа.(12)
Iм = 49,5* 10/ 1,73*380 = 75,2 А.(13)
Питающая линия 4:
Sм = 25+36,6= 44,3 кВа.(12)
Iм = 44,3*10/ 1,73*380 = 67,3 А.(13)
Питающая линия 5:
Sм = 59,5+ 41,3= 72,4 кВа.(12)
Iм = 72,4 *10/ 1,73*380 = 109 А.(13)
Итого по цеху:
Sм = 168,3+190,6= 254,3 кВа.(12)
Iм = 254,3*10/ 1,73*380 = 386,4 А.(13)
2.2 Расчёт числа и мощности трансформаторов
Число трансформаторов определяем в зависимости от категории потребителей. Обычно:
Для 1-ой категории – два трансформатора (можно один но обязательно АВР на стороне НН.
Для 2-ой категории - один трансформатор при условии наличия складского резерва.
Для 3-ей категории - один трансформатор.
Мощность трансформаторов цеховой подстанции Sтр выбираем по расчётной максимальной мощности цеха Sм (графа 14 таб.2) с учётом коэффициента возможного расширения производства Кр, который берётся в пределах: 1,1 – 1,4
Sтр = Кр Sм (14)
Где Кр = 1,2
Sтр = 1,2 254,3 = 305 кВа.(14)
Далее по каталогу (СЭС том 2 стр.245) выбираем трансформаторы для двух расчётных вариантов.
1) Определяем приведённые потери в трансформаторах для каждого варианта:
Р’= Рхх+КпQхх+Кз ( Ркз+КпQкз) (15)
Где: Кп – коэффициент потерь. Для цеховых подстанций принимается Кп=0,12
Sм
Кз=-------- - коэффициент загрузки по мощности. (15.1)
Sтр[5,стр.188]
Рхх и Ркз – величины потерь холостого хода и короткого замыкания. (берутся из каталога)
Реактивные мощности потерь вычисляются по формулам:
Iхх%
Qхх= Sтр -------[5,стр.182](16)
100
Где Iхх% - ток холостого хода (берётся из каталога)
Uкз%
Qкз= Sтр -------- [5,стр.182](17)
100
Где Uкз% - напряжение короткого замыкания (берётся из каталога)
2) Определяем годовые потери электроэнергии:
Wг = Р’Тв(18)
Где Тв=2500ч. – время использования максимальной нагрузки (из задания)
3) Определяем стоимость потерь:
С= сWг[4,стр.153,(5.43)](19)
Где с – стоимость одного кВт ч. с=2руб.
4) Находим капитальные затраты:
К =1,23Стр(20)
Где 1,23 – коэффициент учитывающий затраты на транспортировку и монтаж.
Стр – стоимость трансформатора в рублях. (при 2-ух трансформаторах берётся 2Стр)
По результатам расчётов выбирается вариант с меньшими капитальными и эксплуатационными затратами. Для этого по второму варианту берутся расчёты для двух трансформаторов, а именно:
Р’=2Рхх+Кп2Qхх+Кз (2Ркз+Кп2Qкз)(21)
Где: Кп=0,12
Sм
Кз=---------[5,стр.188](22)
2Sтр
Вариант 1:
Кз= 254,3 / 400 =0,63 (15.1)
Qхх=400(3/100)=12 кВар. (16)
Qкз=400(4,5/100)=18 кВар.(17)
Р’=1,08+0,1212+0,63(5,9+0,1218)=5,7 кВт.(15)
Wг=5,72500=14158,5 кВтч.(18)
С1=214158,5=28317 руб. (19)
К1=1,231100000=1353000 руб. (20)
Варинат 2:
Кз=254,3 / (2160)=0,79(22)
Qхх=160(2,4/100)=3,8 кВар.(16)
Qкз=160(4,7/100)=7,52 кВар.(17)
Р’=20,54+0,1223,8+0,79(23,1+0,1227,52)=6,3 (21) кВт.
Wг=6,32500=15750 руб.(18)
С2=215750=31500 руб. (19)
К2=1,232550000=1353000 руб.(20)
Так как К1=К2 то выбираем вариант с меньшей стоимостью потерь т. е. вариант 1 - ТМ 400/10
2.3 Расчёт силовой сети
Выбор кабельной линии от заводской подстанции до цеховой с проверкой его на нагрев и потери напряжения
1) Определяем номинальный рабочий ток цехового трансформатора Iр по формуле:
Sн
Iр=-----------[6,стр.157,(7,8)](23)
3Uвн
Где Sн – номинальная мощность цехового трансформатора.
Uвн – напряжение трансформатора с высокой стороны кВ.
Iр=400 / (1,7310)=23,12 А. (23)
2) Определяем экономическое сечение кабеля по формуле:
Iр
Sэк=-------- [5,стр.204,(9,1)](24)
jэк
где jэк – экономическая плотность тока А/мм из таблицы (4,стр.151) jэк=1,6 А/мм (для кабелей с Al жилами при Тв=2500ч)
Sэк=23,12/1,6=14,45 мм (24)
По Sэк выбираем сечение кабеля [4,стр139]
Выбираем АСБ 3 16 мм ; Iдоп=75 А. ; r0=2.08 Омкм. ; Х0=0,07 Омкм. ; Uн=10кВ. (r0 и Х0 из конспекта)
3) Проверка на нагрев:
Должно соблюдаться условие: Iр Iдоп
23,1275 условие выполняется.
4) Потери напряжения в кабеле находим по формуле:
3100LIp
U%=--------------------(r0cos ф+Х0sin ф)[4,стр.152](25)
Uн (в)
Где L – длина линии в км.
cos ф = 0,66 (таб.№2 графа 7 по цеху)
sin ф =0,75 из cos ф
U%=(1,731000,323,12)/10000(2,080,66+0,070,75)= =0,17 % (25)
Uдоп – не более 5% (из конспекта)
Должно соблюдаться условие: U% Uдоп%
0,17%5% - условие выполняется.
Выбор шинопроводов и кабельной линии по цеху с проверкой на нагрев и потери напряжения.
Выбранные линии:
Линия №1 – шинопровод.
Линия №2 – шинопровод.
Линия №3 – шинопровод.
Линия №4 – шинопровод.
Линия №5 – КЛ+СП
1) Определяем экономическое сечение шинопроводов и кабеля по формуле:
Iм
Sэк=---------(27)
1,4jэк
Iм – расчётный ток по линии (таб.№2 графа 15)
jэк – из таблицы [4,стр.151] для каждой линии.
2) Выбираем стандартное сечение шинопровода из таблицы [4,стр.372] а кабельной линии из [4,стр.107(4.8)]
3) Проверяем выбранные линии на нагрев. Должно выполнятся условие:
Iм Iдоп(28)
Где Iдоп – допустимые токи выбранного шинопровода или кабеля.
4) Проверяем выбранные линии на потери напряжения:
3100IмL
U% =------------------- (r0cos ф+х0 sin ф)(29)
Uн
Где L –длина линии в (км.); r0 и х0 – из конспекта
sin ф из cos ф
Uн=380 В
Должно выполнятся условие:
U% Uдоп%(30)
Где Uдоп% =5%
Расчёт:
Линия №1 – шинопровод: L=0,032 км. jэк=1,6
Sэк=146,5/(1,41,6)=65,4 мм(27)
Выбираем: S=75 мм; Iдоп=265 А. [4,стр.372]
r0=0,475 Ом/км ; х0=0,2 Ом/км
Проверяем: 146,5 А 265 А(28)
Условие выполняется.
U%=(1,73100146,50,032)/380(0,4750,57+0,20,82)=0,92%(29)
0,2%5% Условие выполняется.(30)
Линия №2 – шинопровод L=0,032 км. Jэк=1,6
Sэк=83,3/(1,4 1,6)=37,2 мм(27)
Выбираем: S=45 мм ; Iдоп=165 А [4,стр.372]
r0=0,475 Ом/км; х0=0,2 Ом/км
Проверяем:83,3 А 165 А Условие выполняется. (28)
U%=(1,73 100 83,3 0,032)/380 (0,475 0,77+0,2 0,63)=0,5%(29)
0,5% 5%Условие выполняется.(30)
Линия №3 – шинопроводL=0,016 jэк=1,6
Sэк=75,2/(1,4 1,6)=33,6 мм(27)
Выбираем: S=45 мм ; Iдоп=165 А [4,стр.372]
r0=0,475 Ом/км х0=0,2 Ом/км
Проверяем: 75,2 А 165 АУсловие выполняется. (28)
U%=(1,73 100 75,2 0,016)/380 (0,475 0,77+0,2 0,63)=0,27%(29)
0,27% 5%Условие выполняется.(30)
Линия №4 – шинопровод L=0,022 км. Jэк=1,6
Sэк=67,3/(1,4 1,6)=30 мм(27)
Выбираем: S=45 мм ; Iдоп=165 А [4,стр.372]
r0=0,475 Ом/км х0=0,2 Ом/км
Проверяем: 67,3 А 165 АУсловие выполняется.(28)
U%=(1,73 100 67,3 0,022)/380 (0,475 0,56+0,2 0,83)=0,28%(29)
0,28% 5%Условие выполняется.(30)
Линия №5 – КЛL=0,01км. Jэк=1,6
Sэк=109/(1,41,6)=48,7мм(27)
Выбираем: S=50мм; Iдоп=110 А[4,стр.107(4.8)]
r0=0,67 Ом/км х0=0,06 Ом/км
Проверяем:109 А110 АУсловие выполняется. (28)
U%=(1,731001090,01)/380(0,670,82+0,060,57)=0,28%(29)
0,28%5%Условие выполняется.(30)
2.4 Расчёт ответвлений к станкам
1) Рассчитываем ответвление к самому удалённому станку
Станок №6;
Р=10кВт; . =88% [3,стр.63] ; cos ф=0,89 [3,стр.63] U=380В
L=0.059 км.
Находим расчётный ток двигателя:
Р
Iр= --------------------- (31)
3Ucos ф
– КПД двигателя в (о. е.)
Iр=10000/(1,733800,890,88)=19,4 А (31)
По условиям нагрева выбираем стандартное сечение (Липкин стр.139)
Sст=4мм ; Iдоп=27 А ; r0=8,35 Ом/км.; х0=0,1 Ом/км
Проверяем:
19,4 А27 А Условие выполняется.(28)
U%=(1,7310019,40,059)/380(8,350,89+0,10,45)=3,9%(29)
3,9%5%Условие выполняется.(30)
Проверяем суммарную потерю напряжения от цеховой подстанции до самого удалённого Эл.двигателя:
U%лин=0,92%
U%=U%лин+U%отв=0,92+3,9=4,82%
4,82% 5%Условие выполняется.(30)
Определяем номинальный ток для каждого станка (31) и выбираем стандартное сечение
1) Рн= 10кВт; cos ф= 0,89 =0,88
Iн=10000 /(1,73380 0,89 0,88)=19,4 А. Sст=4 мм
2) Рн=4,5 кВт; cos ф= 0,85 =0,86
Iн=4500 /(1,73380 0,85 0,86)=9,4 А. Sст=4 мм
3) Рн=2,8 кВт; cos ф=0,84 =0,835
Iн=2800 /(1,73380 0,84 0,835)=6,1 А. Sст=4 мм
4 ) Рн=0,6 кВт; cos ф= 0,7 =0,705
Iн= 600/(1,73380 0,7 0,705)=1,8 А. Sст=4 мм
5 ) Рн=6,325 кВт; cos ф=0,87 =0,885
Iн=6325 /(1,73380 0,87 0,885)=12,5 А. Sст=4 мм
6 ) Рн=7 кВт; cos ф= 0,87 =0,885
Iн= 7000/(1,73380 0,87 0,885)=13,9 А. Sст=4 мм
7 ) Рн=1 кВт; cos ф= 0,8 =0,78
Iн=1000 /(1,73380 0,8 0,78)=2,4 А. Sст=4 мм
8 ) Рн=16,2 кВт; cos ф= 0,89 =0,89
Iн=16200 /(1,73380 0,89 0,89)=31,1 А. Sст=6 мм
9 ) Рн=3,525 кВт; cos ф= 0,85 =0,86
Iн=3525 /(1,73380 0,85 0,86)=7,3 А. Sст=4 мм
10 ) Рн=6,2 кВт; cos ф= 0,87 =0,885
Iн=6200 /(1,73380 0,87 0,885)=12,2 А. Sст=4 мм
11) Рн=12,65 кВт; cos ф= 0,89 =0,885
Iн=12650 /(1,73380 0,89 0,885)=24,4 А. Sст=4 мм
12) Рн=20 кВт; cos ф=0,9 =0,9
Iн=20000 /(1,73380 0,9 0,9)=37,5 А. Sст=10 мм
13) Рн=30 кВт; cos ф= 0,85 =0,905
Iн=30000 /(1,73380 0,85 0,905)=59,3 А. Sст=16 мм
14) Рн=7,5 кВт; cos ф=0,87 =0,885
Iн=7500 /(1,73380 0,87 0,885)=14,8 А. Sст=4 мм
15) Рн=7,8 кВт; cos ф= 0,87 =0,885
Iн=7800 /(1,73380 0,87 0,885)=15,4 А. Sст=4 мм
16) Рн=0,9 кВт; cos ф=0,8 =0,78
Iн=900 /(1,73380 0,8 0,78)=2,19 А. Sст=4 мм
2.5 Расчёт токов короткого замыкания
Расчёт токов короткого замыкания ведется в следующей последовательности:
1) Определяем сопротивления заводских трансформаторов по формуле:
Uкз%Sб
Х= ----------- ---------[5,стр.101](32)
100 Sн
Где Uкз% - из (СЭС т.2 стр.245)
Sн – номинальная мощность трансформатора МВа.
За базисную мощность Sб, принимаем мощность системы 120 МВа)
Х2= 10,5/100 120/16=0,8 о.е.(32)
2) Определяем сопротивление кабельной линии:
Sб
Х= Х0 ---------[6,стр.312 (12.46)](33)
Uб
Sб
r= r0 ---------[6,стр.312 (12.47)](34)
Uб
Х0 и r0 из конспекта; - длина линии в км.; Uб –базисное напряжение = 10.5 кВ.
Х3= (0,070,3) (120/10,5)=0,02(33)
r3=(2,080,3) (120/10,5)=0,68.(34)
3) Определяем сопротивление цехового трансформатора:
Sб
Х=Uкз - r* -------[6,стр.312 (12.4)](35)
Sн
Uкз% - из (СЭС т.2 стр.245)
Ркз
r* = -------- [6,стр.310,(12,41)](36)
Sн
Ркз – потери в меди трансформатора кВт. (СЭС т.2 стр.245)
r*= 5,9/400=0,015 (36)
Х4=0,045 - 0,015(120/0,4)=12,6(35)
Sб
r4= r* ---------[6,стр.311,(12,42)](37)
Sн
r4 = 0,015 (120/0,4)=4,5(37)
4) Базисный ток для каждой точки КЗ:
Sб
Iб= --------- (кА)[4,стр.76,(3.39)](38)
3Uб
Iб1=120/(1,73 10,5)=6,6 кА(38)
Iб2=120/(1,73 0,4)=173,9 кА(38)
5) Результирующее сопротивление для каждой точки КЗ:
Х1= Х1 + Х2/2+ Х3=1,2+0,8/2+0,02=1,62
r1= r3=0,68 так как r1 Х1/3 0,680,54 то находим полное сопротивление Z
Z1=Х1+r1 [4,стр76(3.4)](39)
Z1=1,62+0,68=1,76(39)
Х2= Х1 + Х4=14,68
r2=r1+r4=0,68+4,5=5,18 так как r2 Х2/3 5,184,8 то находим полное сопротивление Z
Z2=14,68+5,18=15,57(39)
6) Действительное значение начального тока КЗ
Iб1
I1 = ------ = 6,6/1,76=3,8 кА. [5,стр.104](40)
Z1
Iб2
I2 = ------ = 173,9/15,57=11,1 кА.(40)
Z2
7) Мгновенное значение ударного тока:
уд1 =2КудI1 =21,33,8=7 кА.[5,стр.104](41)
Куд – ударный коэффициент из графика (4,стр.69) т. к. Х1/r1=2,5 то Куд=1,3
уд2 =21,3711,1=21,5 кА(41)
Х2/r2=2,8 Куд=1,37
8) Действующее значение ударного тока:
Iуд1 =I1 1+2(Куд-1)=3,81+2(1,3-1)=4,1 кА [5,стр104] (42)
Iуд2 =11,11+2(1,37-1)=12,5 кА(42)
9) Мощность тока КЗ:
Sкз=3I Uн[5,стр105](43)
Sкз1=1,73 3,8 10=65,7 МВа(43)
Sкз2=1,73 11,1 0,4=7,3 МВа(43)
10) Установившийся ток КЗ:
I1=КIб1=0,546,6=3,56 кА [6,стр.319,(12,53)](44)
К=0,54 из таблицы т.к Z1=1.76 3
I2=I2 =11.1 кА т.к. Z2
2.6 Выбор и проверка аппаратуры и токоведущих частей с высокой и низкой стороны
1) Выбор шин РУ-0.4 кВ.
Определяем ток трансформатора:
Sн
I= -------- =400/(1,730,38)=606 А.(45)
3Uн
Выбираем сечение шины (4,стр.355) :
Sст=250 мм ; Iдоп=665 А ; r0=0,18 ; Х0=0,06 ; 505 мм.
Расчётную напряженность с учётом токов КЗ определяем по формуле:
1,7610- уд
.расч= -----------------------[4,стр.84,(3.74)](46)
a w
где: - длина пролёта между креплениями (см) =150 см.
a – расстояние между фазами =40 см.
w – момент сопротивления шин (см)
при укладке шин плашмя:
вh
w = -------- = (0.55)/6=2.083 см[4,стр.85,(3,75)](47)
6
Где в=0,5 – толщина, а h=5 – ширина шины в см.
расч=(1,76 10-15021,5)/(402,083)=219,7 кг/см(46)
Алюминиевые шины доп=700 кг/см
219,7700 условие выполняется.
2)Выбор изоляторов
Определяем расчётную нагрузку на опорные изоляторы при КЗ:
Fрасч=1,76 10- ----- уд[5,стр.129](47)
a
Fрасч=1,76 10- (150/35) 21,5=30,5 кг (47)
Выбираем изоляторы (из каталога) ОФ1-375 Fразр=375 кг
Должно выполняться условие: Fрасч 0,6 Fразр
30,05225условие выполняется.
3) Проверка КЛ 10 кВ выбранного ранее на термическую устойчивость при КЗ:
Минимальное сечение:
I1
Smin= ------- tn[6,стр.388,(13,17)](48)
C
Где: С– коэффициент принимаемый для Al - 95
tn- приведённое время , определяется по кривой(4,стр.86) в зависимости от действительного времени КЗ – t (из задания) и
I1
= --------- =3,8/3,56=1,06tn=0,22 сек
I1
Smin=(3560/95) 0,22=17,6 мм Sвыбр=16 мм(48)
Smin Sвыбр 17,6 16 условие не выполняется.
Выбранное сечение КЛ не удовлетворяет условиям термической устойчивости.
Уменьшим время действия защиты до tn =0,15 сек
Smin=(3560/95) 0,15=14,5 мм.
14,516 условие выполняется.
4) Выбор разьеденителя:
Выбирается по Uн и Iн (СЭС т.2 стр160)
РВ 10/400 Iампл=50 кА. ; Iэфф=29 кА.
Таблица №7
| условие | Расчётные данные (К1) | Паспортные данные | Сравнение |
| уд Iампл | уд =7 кА | Iампл=50 кА | 7 кА 50 кА |
| Iуд Iэфф | Iуд=4,1 кА | Iэфф=29 кА | 4,1 29 кА |
5) Выбор предохранителей
Высоковольтные предохранители выбираются по каталогу (СЭС т2 стр177)
ПК 10/30 вид установки – внутренний.
Таблица №8
| условие | Расчётные данные | Паспортные данные | Сравнение |
| Iрасч Iн | Iрасч=23,12 А | Iн=30 А | 23,12 30 |
| U Uн | U=10 кВ | Uн=10 кВ | 10=10 |
| I1 Iотк | I1=3,8 кА | Iотк=12 кА | 3,8 12 |
6) Выбор автоматов:
Выбираются по Uн , Iн и конструктивному исполнению. (1 стр242)
Таблица №9
| № линии | Ток линии |
Тип автомата |
ном.ток автомата |
Ток сраб. Расцепит. |
Сравнение IрасчIрасц |
От тран-ра |
386,4 А | А3140 | 600 А | 400 А | 386,4400 |
| 1 | 146,5 А | А3130 | 200 А | 150 А | 146.5150 |
| 2 | 83,3 А | А3120 | 100 А | 100 А | 83.3100 |
| 3 | 75,2 А | А3120 | 100 А | 80 А | 75.280 |
| 4 | 67,3 А | А3120 | 100 А | 80 А | 67.380 |
| 5 | 109 А | А3130 | 200 А | 120 А | 109120 |
7) Выбор силового пункта
Выбирается по Iн , Uн и количеству отходящих групп. (СЭС т2 стр372-386)
Линия №5 - 7 групп.
Таблица №10
| № СП | Тип | Число групп и ном. Токи предохранит. |
| 1 | СП 62 10/1 | 7 групп 5100 А 2250 А |
2.7 Выбор компенсирующих устройств
1) Определяем компенсирующую мощность:
Qк=Рм(tg ф1 - tg ф2) [2,стр.170 (6,1)](49)
–коэффициент принимаемый – 0,9 учитывающий возможность естественного повышения cos ф
Рм – таб.№2 графа 12 по цеху.
tg ф1 - соответствует cos ф до компенсации (таб 2 графа 7)
tg ф2 - соответствует cos ф =0,95 после компенсации .
cos ф1=0,66 tg ф1= 1,13 cos ф2=0,95 tg ф2=0,32
Qк=0,9 168,3 (1,13-0,32)=122,7 кВар.(49)
2) По Qк выбираем тип и количество конденсаторов на каждую фазу (СЭС т2 стр231)
КС 2-0,38-36 Q=36кВар ; С=794 мкФ - 4шт.
Qкр=4 36=144 кВар
3) Величина разрядных сопротивлений на каждую фазу:
6 Uф
Rраз=15 10 -----------[6стр,229 (9,8)](50)
Qкр
Rраз=15000000 (0,23/144)=5510 Ом.
4) В качестве разрядных сопротивлений выбираем лампы накаливания мощностью – 15 вт. Определяем сопротивление одной лампы:
Uф
Rл= --------- =230 /15=3526 Ом.
Рл
Количество ламп:
Rраз
N= -------- = 5510/3526=1,6 = 2 шт.
Rл
5) сечение кабеля для присоединения батареи конденсаторов:
Расчётный ток:
Qкр
I= --------- =144/(1,73 0,38)=219,2 А
3 Uн
Выбираем сечение по условиям нагрева для трёхжильного Al кабеля до 3 кВ (4,стр.139) в воздухе.
Iдоп=220 АS=120 мм
6) Ток срабатывания автомата:
1,2 Qк
Iср ---------- =(1,2 144)/(1,73 0,38)=261,8 А(51)
3 Uн
7) Выбор автомата (4 стр134):
А 3144; Iн=600 А ; Iрасц=300 А
8) Схема включения конденсаторной батареи:
2.8 Расчёт заземления
Заземлением называется соединение с землёй металлических не токоведущих частей электроустановок.
1) Сопротивление заземляющих устройств до 1000 В должно быть не более 4 Ом. (ПУЭ) Rз=4 Ом.
Выбираем материал – угловая сталь50 50 5 мм.
Длина 2,5 м.
2)Сопротивление одного уголка
Rоу=0,034 = 0.034 0.4 10 =136 Ом.(52) [6,стр.446,(19,5)]
. –удельное сопротивление грунта (6 стр,444) грунт-глина(из задания)
3) Предварительное количество уголков:
Rоу
.n1=-------- =136/4=34 шт.[6,стр.448](53)
Rз
4) Количество уголков с учётом коэффициента использования =0,74 - расположение по контуру (Цигельман стр.447,448)\
n1
n= ----- =34/0,74=45,9(54)
количество уголков – 46 шт.
Список литературы
(1) Вольман Н.С. Электроснабжение целюлозно-бумажных комбинатов. 1964г.
(2) Загоровский Е.Н., Речин Ш.Ш. Электроснабжение промышленных предприятий 1974 г.
(3) Карковский Г.А. Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре 1969 г.
(4) Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок 1981 г.
(5) Фёдоров А.А. Сербиновский Г.В. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий 1973 г.
(6) Цигельман И.Е. Тульчин И.К. Электроснабжение. Электрические сети и освещение 1970 г.