Курсовая работа: Электроснабжение и электрооборудование механического цеха

Раздел 4

Расчет питающих и распределительных сетей

Согласно ПУЭ сечения проводников силовой сети напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки в год меньше 4000 выбирают по нагреву или по допустимому току нагрузки.

Известно, что ток, проходя по проводнику, нагревает его. Количество выделенного тепла определяется по закону Джоуля-Ленца . Чем больше ток, тем больше температура нагрева проводника. Чрезмерно высокая температура может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений, а также пожарной опасности. Поэтому ПУЭ устанавливает предельно допустимые температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника.

Ток, длительно протекающий по проводнику, при котором устанавливается наибольшая допустимая температура, называется длительно допустимым током по нагреву .

Значение токов 1ДОП для проводников различных марок и сечений, с учётом температуры окружающей среды и условий прокладки определены расчётно, проверены экспериментально и приведены в справочниках. При этом значения допустимых токов приведены для нормальных условий прокладки ─ температура воздуха + 25 °С, температурой земли + 15 °С и в траншеи проложен один кабель.

Если условия прокладки отличаются от нормальных, то допустимый ток определяется с поправками на температуру и поправкой на количества кабелей проложенных в одной траншее, тогда

.

Сечение жил проводников выбирают по условию , где ─ это максимальный расчётный ток в рассматриваемой линии.

4.1 Расчёт и выбор питающих линий

Вид и марку проводника сети выбирают в зависимости от среды, харак­теристики помещений его конфигурации, размещения оборудования, способу прокладки сетей.

Питающие сети будут выполняются кабелем АВВГ (АВРГ).

Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3 Питающие линии

4.2 Расчет и выбор распределительных линий

Распределительные линии предполагается выполнять поливинилхлоридным проводом марки АПВ, уложенным в трубе. Сечение провода выбирается по условию . Ток расчётный определяется по формуле

, где = 0,85.

Находим СП1.

1) =33,3 А..

2) =41,7 А..

3) =14,5 А..

Длительно допустимый ток для любой распределительной линии определяется по [2] стр. 42 таблица 2,7 для четырех одножильных проводников.

=37 А.

=37 А.

=37 А.

Расчёты по СП 2 - СП 7 производятся аналогично. Результаты расчета и выбора распределительных линий сведены в таблицу 4.

Таблица 4 Распределительные линии

Раздел 5

Расчет защиты

При эксплуатации электрических сетей возможны нарушения их нормального режима работы, при которых ток в проводниках резко возрастает, что вызывает повышение их температуры выше величины допустимых ПУЭ.

К таким аварийным режимам относя короткое замыкание и перегрузка.

При коротком замыкании токи могут достигать значений в десятки раз превышающих номинальные токи электроприёмников и допустимые токи проводников.

При перегрузках электроприёмников по обмоткам трансформаторов, двигателей и по проводникам протекают повышенные токи. Поэтому как электроприёмники так и участки сетей должны защищаться аппаратами защиты, отключающие участок при аварийном режиме.

Для защиты электрический сетей напряжением до 1000 В плавкие предохранители, автоматические выключатели и тепловые реле магнитопускателей.

Плавкие предохранители защищают от токов короткого замыкания.

Автоматические выключатели имеют либо тепловые, либо электромаг­нитные, либо комбинированные (тепловой и электромагнитный) расцепители. Тепловые расцепители осуществляют защиту от перегрузок, а электромагнитные от токов короткого замыкания.

Выбор предохранителей проводится в следующим условиям:

1)  для одиночных ЭП не имеющих предохранителей выбор проводится по следующим условиям , где  — номинальный ток плавкой вставки, — расчётный ток лини.

2)  для ЭП имеющих один двигатель

а)  ;

б) ;

;

 — коэффициент запаса;

 = 1,6 для тяжёлых условий пуска;

 = 2,5 для лёгких условий пуска;

3) для линий питающих группу ЭП с двигателем

а) ;

б) ;

Выбор автоматических выключателей проводится по следующим усло­виям.

 .

Ток срабатывания электромагнитных или комбинированных расцепителей проверяется по максимальному кратковременному току линии

ПУЭ наряду с проверкой проводников по допустимому нагреву устанавливают определенное соотношение между токами защитного аппарата и допустимыми токами провода , где  - ток защитного аппарата, К3 - коэффициент защиты [2] стр. 46, таблица 2.10

5.1 Расчет и выбор защиты питающих линий

Защита питающих распределительных линий будет, осуществляется с помощью включателей серии A3700.

Защита питающих распределительных линий осуществляется автоматическими включателями серии А 3700.

Расчет и выбор выключателей питающих линий выполняется в следующей последовательности.

Определяется пиковый ток линии СП:

, где

=;

= 231,1 А; КИ = 0,6;

= 817,6;

Определяется ток отсечки выключателя:

 А.

 А.

Определяется ток предельного отключения:

 кА.

Определяем ток защищаемой линии:

, где КЗ =1, IЗ =250 А.

, условие выполняется.

Расчеты по СП4,СП5 и СП6,СП7 проводятся аналогично. Результаты расчета и выбора выключателей сводим в таблицу 5.

Таблица 5 Выбор защитных аппаратов питающих линий

5.2 Расчет и выбор защиты распределительных линий

Защита распределительных линий предусматривается с помощью плавких предохранителей. Расчет и выбор предохранителей отходящих линий выполняется в следующей последовательности;

Определяется пусковой ток электроприёмников распределительного пункта СП-1:

Для ЭП 6…8 :

= 199,2 А.

Для ЭП 9…11:

= 250,2 А.

Для ЭП 12…14 :

= 87 А.

Определяется номинальный ток плавкой вставки электроприемников СП-1 по формуле [1] главы 3 стр. 160. табл. 3.9.

Для ЭП 6…8 :

Для ЭП 9…11 :

Для ЭП 12…14 :

По таблице 3.5 [1] стр. 139 принимаются нормированные значения токов установок.

Для ЭП6…8 ;

Для ЭП9…11 ;

Для ЭП12…14 .

Расчеты по СП2 — СП7 проводится аналогично. Результаты расчетов сводим в таблицу 6.

Таблица 6 Защита распределительных линий

Раздел 6

Выбор места и типа силовых распределительных пунктов СП

Распределительные сети электроснабжения цеха силовые пункты строятся с использованием силовых распределительных устройств — это силовых распределительных пунктов СП и распределительных шинопроводов. СП применяются при расположении ЭП компактными группами на плане цеха, а также в цехах с пыльной или агрессивной средой. ШР применяются при расположении ЭП вряд.

СП - это законченное комплектное устройство заводского изготовления для приёма и распределения электроэнергии, управления и защиты ЭП от перегрузок и короткого замыкания содержащими рубильники, предохранители, выключатели, счётчики.

ШР — это комплектный шинопровод заводского изготовления собираемый из отдельных секций и могущих принимать любую конфигурацию.

СП следует размещать нагрузок для экономии проводникового материала.

В разрабатываемой схеме электроснабжения применены четыре силовых распределительных пункта. Электроприёмники большой мощности необходимо подключать непосредственно к шинам низкого напряжения цеховой подстанции.

Для проектирования цеха приняты силовые распределительные шкафы с рубильником на вводе и с предохранителями на отходящих линиях. В качестве СП используем распределительный трехфазный шкаф серии ШР 11. см. [1] стр. 137. таблица 3.3.

Технические данные СП представлены в таблице 7

Таблица 7 Технические данные СП

Раздел 7

Выбор компенсирующих устройств

Большинство ЭП помимо активной мощности потребляют и реактивную. Основными потребителями реактивной мощности являются АД, сварочные трансформаторы, газоразрядные лампы. Между значениями реактивной мощности вырабатываемой генераторами электростанций и значениями реактивной мощности потребляемой ЭП должен существовать баланс. Нарушение этого баланса за счет высокого потребления реактивной мощности приводит к отрицательным последствиям (перегрузка по току генераторов, увеличение токовой нагрузки в линиях, увеличение капитальных затрат и потеря напряжения в линии), поэтому важной задачей является снижение потребления реактивной мощности от системы (через трансформаторы подстанций предприятий и цехов). Реактивную мощность могут генерировать не только генераторы электростанций, но и другие источники: воздушные и кабельные ЛЭП, а также специальные устройства, которые называются компенсирующими (КУ). В качестве КУ используют синхронные компенсаторы и статические конденсаторы. В качестве КУ на коммунальных и промышленных предприятиях обычно применят батареи статических конденсаторов.

Мощность КУ определяется выражением

, где

 фактический расчетный коэффициент реактивной мощности.

 ─ наиболее активная расчетная мощность подстанций.

─ оптимальный коэффициент реактивной мощности задаваемой электросистемой, обычно составляет ;

 кВар.

─ реактивная мощность, которая может быть передана потребителю энергосистемой в режиме максимума активных нагрузок.

Значение  зависит от ; = 0,03 – 0,98;

В качестве КУ применяем комплектную конденсаторную установку типа УК [3] с.90, таблица.8.1. с мощностью 75 кВар

Таблица 8.1

Раздел 8

Выбор числа и мощности трансформаторов на ТП

Количество трансформаторов на цеховой подстанции определяется категорией потребителей. Для электроснабжения ЭП 1 и 2 категории сооружают двух трансформаторные подстанции. Для питания потребителей 2 категории допускают сооружение однотрансформаторной подстанции при наличии низковольтных перемычек включаемых вручную или автоматически.

Однотрансформаторные подстанции используются для питания неот­ветственных потребителей 3 категории, если замена трансформатора или его ремонт производится в течение не более 1 суток.

Сооружение однотрансформаторной подстанции обеспечивает значи­тельную экономию капитальных затрат.

Мощность трансформаторов выбираются по условию:

при установке одного трансформатора: ;

при установке двух трансформаторов:  ;

где ─ максимальная расчетная мощность на шинах низкого напря­жения подстанции:

.

Трансформаторы, выбранные по последнему условию, обеспечивают питание всех потребителей в нормальном режиме при оптимальной загрузке трансформаторов 0,6-0,7 загрузки, а в послеаварийном режиме оставшийся в работе один трансформатор обеспечивает питание потребителей с учетом допустимой аварийной перегрузки трансформатора на 40% от SH0M.

=235 кВа.

В качестве цеховой подстанции выбираем комплектную ТП заводского изготовления серии КТП, технические данные КТП приведены в таблице [6] таблица 9.11.

Выбираем трансформатор:

Таблица 9.11

Раздел 9

Расчёт токов короткого замыкания

По электрической сети и электрооборудованию в нормальном режиме протекают токи, допустимые для данной установки.

При нарушении электрической прочности изоляции проводов или короткого замыкания оборудования возникает аварийный режим короткого замыкания, вызывающий резкое повышение токов во много раз превышающий допустимые токи.

Значительные по величине токи к.з. представляют большую опасность для элементов электрической сети и оборудования, т. к. чрезмерный нагрев токоведущих частей и создают большие механические усилия, которые могут привести к разрушению электрического оборудования.

Поэтому для правильной эксплуатации электросетей и оборудования их выбирают не только по условиям нормального режима работы, но и аварийного режима, чтобы они выдерживали без повреждений действия наибольших возможных токов к.з. Определение токов к.з. необходимо для выбора выключателей на коммутационную способность и электродинамическую и термическую устойчивость.

Кроме того, в 4-х проводных сетях напряжением 380/220 В работающих на глухо заземленных нейтралах, при замыкании на нулевой провод или металлический корпус оборудования, защитный аппарат должен автоматически отключить аварийный участок сети. Для проверки надежности срабатывания защитного аппарата при к.з., между фазным и нулевым проводами необходимо определить расчётный ток однофазного короткого замыкания на землю.

9.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

В процессе расчёта 3-х фазного к.з. определяются:

1  . - начальное действующее значение периодически составляющей точки по ней определяют термическую стойкость и коммутационную способность аппарата.

2  Ударное значение тока к.з. - по нему проверяют аппараты, шины, изоляторы на электродинамическую устойчивость.

Считаем, что мощность системы во много раз превышает мощность трансформатора, то напряжение на шинах НН подстанций считается неизменным. То есть, считаем, что к.з. питается от источника с неограниченной мощностью.

Тогда периодическая составляющая тока к.з. остаётся неизменной в те­чении всего времени действия к.з.,тогда считаем, что IП 0=IКЗ. На расчётной схеме отмечаем расчётные точки к.з. и для каждой точки составляем схему замещения, на которой указываем активные и индуктивные составляющие, сопротивления всех элементов схемы от точки питания до точки к.з.

Принципиальная схема для расчёта токов коротких замыканий:

Расчёт трёхфазного короткого замыкания в точке К-1.

Схема замещения:

Активное и индуктивное сопротивление трансформатора выбираем по [8],таблица 1.9.3. стр. 61: мОм;  мОм.

Сопротивление обмотки расцепителя и контактов автомата выбираем по [8], таблица 1.9.3. стр. 61:  мОм;  мОм;  мОм;А.

Сопротивление трансформатора тока выбираем по [8], таблица 1.9.2. стр. 61:

мОм;  мОм;;  

где , а .

Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления в короткозамкнутой цепи:

 мОм;

 мОм;

Определяем полное сопротивление в короткозамкнутой цепи:

=30 мОм.

Ток трёхфазного короткого замыкания в точке К-1 определяем по формуле:

;

Определяем ударное значение тока короткого замыкания:

; а ;

Расчёт трёхфазного короткого замыкания в точке К-2.

Схема замещения:

Сопротивление обмотки расцепителя и контактов автомата выбираем по [8], таблица 1.9.3. стр. 61:

   .

Определяем активное и индуктивное сопротивление распределительных линий питающих ЭП:

X0 и r0 определяем по [8], таблица 1.9.5. стр. 62

Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления в короткозамкнутой цепи:

 мОм;

 мОм;

Определяем полное сопротивление в короткозамкнутой цепи:

=158,4 мОм.

Ток трёхфазного короткого замыкания в точке К-2 определяем по формуле:

Определяем ударное значение тока короткого замыкания:

; а ;

9.2 Расчёт токов однофазного короткого замыкания

Ток однофазного к.з. определяется для проверки надежности срабатывания защитного аппарата самого удаленного от шин КТП и ЭП. Расчёт однофазного тока короткого замыкания в точке К-3:

Схема замещения:

Определяем сопротивления в короткозамкнутой петле линии фаза-нуль. Сопротивления: одной жилы кабеля

нулевой жилы кабеля

одной жилы провода

индуктивное сопротивление петли кабеля

индуктивное сопротивление петли провода

Суммарное сопротивление петли фаза-нуль определяем по формуле:

Ток однофазного к. з. находим по формуле:

.

Раздел 10

Проверка оборудования на действие токов короткого замыкания

В сетях до 1000 В производится следующие проверки токов к.з.:

1.  На электродинамическую устойчивость проверяются автоматы, шинопроводы  если ≥ то условие соблюдается;

2.  На коммутационную способность, т.е. на предельно отключающий ток, проверяют автоматы, предохранители: , если ≥ то условие соблюдается;

3.  На надежность срабатывания защитного аппарата при однофазном коротком замыкании на землю:

 а 750 ≤ 1300,

условие соблюдается.

Список литературы:

1.  Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д., «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» − М: Энергоатомиздат, 1999 г.

2.  Липкин Б.Ю. «Электроснабжение предприятий и установок» − М: Высшая школа, 1990 г.

3.  Цигельман И.Е. «Электроснабжение городских зданий и коммунальных предприятий» − М: Высшая школа, 1982 г.

4.  Рожкова Л.Д., Козулин В.С. «Электрооборудование станций и подстанций» − М: Энергоатомиздат, 1987 г.

5.  Конюхова Е.А. «Электроснабжение объектов» − М: Энергоатомиздат, 1988 г.

6.  Неклипаев Б.Н., Крючков И.П. «Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования». − М: Энергоатомиздат, 1989 г.

7.  «Электрический справочник» под редакцией Орлова И.Н. − М: Энергоатомиздат, 1989 г.

8.  «Правила устройств электроустановок (ПУЭ)» −М:Кнорус, 2007 г.

9.  Шеховцов В.П. «Расчет и проектирование схем электроснабжения». М: Форум-инфа-М, 2004.