Курсовая работа: Разработка системы электроснабжения механического цеха

.

Принимается кабель АВВГ 3x35+1x16, который имеет следующие параметры: r0 = 0,894 Ом/км, x0 = 0,088 Ом/км.

Потеря напряжения в линии, %,

.

Расчёт для остальных линий производиться аналогично, результаты расчёта сводятся в таблицу 2.4.

2.7.2 Выбор кабеля для конденсаторных установок

Выбор кабеля на линию КТП – КУ производится по зарядному току КУ, А,

,

Трансформатор №1

.

Принимаются два параллельно работающих кабеля марки АВВГ 3x185+1x95 c суммарным допустимым током Iдоп = 2·248,4 = 496,8 А.

Трансформатор №2

.

Принимаются два параллельно работающих кабеля марки АВВГ 3x120+1x70 c суммарным допустимым током Iдоп = 2·184 = 368 А.

2.7.3 Выбор сечений проводов распределительной сети

Выбор сечений проводников распределительной сети производится для силовых пунктов РП-2, РП-3, РП-15, РП-18.

Распределительные сети выполнены по радиальным схемам, кабелем марки АВВГ. Прокладка в цехах выполняется в стальных трубах в полу помещений. Расположение оборудования и трасс проводов распределительной сети показаны на рисунке 2.5.

Расчётный ток электроприёмника, А,

,

где Рном – номинальная активная мощность станка, кВт;

cosjн – номинальный коэффициент мощности станка, о.е.;

η – КПД станка, о.е.

Выбор сечений ведётся по условию

,

где Iдоп – допустимый длительный ток провода данного сечения, А,

,

где – допустимый табличный ток для четырёх одножильных проводов /3/, А;

Пример выбора сечения проводов для линии от РП-3 к фуговальному станку:

Расчётный ток станка, А,

.

Принимается кабель с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм2.

Для выбранных проводов:

Iдоп = 0,92·19 =17,48 А;

3,069 < 1·17,48.

Условие выполняется.

Потеря напряжения в линии, %,

Результаты выбора сечений остальных линий сводятся в таблицу 2.5.

Из таблицы 2.5 видно, что наиболее электрически удалённым электроприёмником является лифт, присоединенный к РП-18.

Напряжение на зажимах наиболее удалённого от КТП приемника, %,

Uдв = Uх – DUТ – DUc,

где Uх – напряжение холостого хода на зажимах вторичной обмотки трансформатора КТП, равное 105%;

DUТ - потеря напряжения в трансформаторе КТП, %,

 ,

где Uа – активная составляющая напряжения КЗ, %,

,

где DРк – потери КЗ /2/, кВт;

;

Uр – реактивная составляющая напряжения КЗ, %,

,

где Uк – напряжение КЗ /2/, %;

;

;

DUc – потеря напряжения в сети ( в питающей и в распределительной), %;

ΔUc = DUп + DUр,

ΔUc = 3,640 + 1,928 = 5,568;

Uдв = 105 – 1,2 – 5,568 = 98,232.

Таким образом, напряжение на зажимах наиболее удалённого станка находиться в допустимых пределах (-5%, +10%).

2.8 Расчёт токов короткого замыкания

Расчет токов КЗ необходим для выбора электрооборудования, коммутационных аппаратов, уставок релейной защиты.

Расчет токов КЗ в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1 кВ выполняется в именованных единицах (мОм) в соответствии с /4/.

Расчёт начинается с составления расчетной схемы с нанесением на ней точек КЗ. Расчётная схема представлена на рисунке 2.5. Т.к. на подстанции трансформаторы работают раздельно, то второй трансформатор на расчётной схеме не показывается. Расчет приводится для наиболее электрически близкого и дальнего РП (РП-15 и РП-18).

Ниже для примера приводится расчёт токов КЗ в точке К1.

Расчёт токов КЗ производится на наиболее удалённом силовом пункте (РП-18), на наиболее удалённом ЭП (лифт).

Составляется схема замещения, на которой указываются активные и реактивные сопротивления в мОм, приведенные к ступени напряжения сети точки КЗ. Схема замещения представлена на рисунке 2.6.

Для расчета предварительно выбираются автоматические выключатели. Автомат SF1 выбирается по номинальному току трансформатора с учетом допустимой перегрузки.

Расчетный ток выключателя, А,

,

  =1182.

Выбирается автоматический выключатель с номинальным током 1600 А.

Для остальных выключателей:

 SF2: Ip=31,037 А IномАВ=63 А;

 SF3: Ip=15,981 А IномАВ=25 А;

Параметры элементов схемы замещения.

Система: Uст.нн=0,4 кВ; Uст.вн=6,3 кВ; Iном.отк=20 кА.

Трансформатор: r1т=r0т=3,4 мОм; х1т=х0т=13,5 мОм.

SF1: rкв1=0,14 мОм; хкв1=0,08 мОм; rк1=0.

ТА1: rТА1=0; хТА1=0.

SF2: rкв2=7 мОм; хкв2=4,5 мОм; rк2=1,3 мОм.

ТА2: rТА2=11 мОм; хТА2=17 мОм.

КЛ2: l=200 м; rуд=1,435 мОм/м; худ=0,092 мОм/м; rуд0=3,42 мОм/м; худ0=1,286 мОм/м.

SF3: rкв3=12 мОм; хкв3=7,5 мОм; rк3=1,7 мОм.

КЛ3: l=28 м; rуд=12,5 мОм/м; худ=0,116 мОм/м; rуд0=15,3 мОм/м; худ0=2,91 мОм/м.

Эквивалентное индуктивное сопротивление энергосистемы, приведенное к ступени НН, мОм,

,

где UсрНН – среднее напряжение ступени НН трансформатора, В;

UсрВН – среднее напряжение ступени ВН, к которой подключен трансформатор, В;

 – максимальный ток трёхфазного КЗ на шинах 6 кВ, А;

.

Сопротивления кабельной линии КЛ2, мОм,

прямой последовательности:

rкл2=rуд·l,

rкл2=1,435·200=287;

с учетом нагрева кабеля (применяется для расчета минимального тока КЗ)

rкл2=rуд·l·СΘ,

rкл2=1,435·200·1,5=430,5;

хкл2=худ·l,

    хкл2=0,092·200=18,4;

обратной последовательности:

r0кл2=rуд·l,

r0кл2=3,42·200=684;

с учетом нагрева кабеля

r0кл2=rуд0·l·СΘ,

r0кл2=4,4·200·1,5=1026;

х0кл2=худ0·l,

х0кл2=1,286·200=257,2.

Сопротивления кабельной линии КЛ3, мОм,

прямой последовательности:

rкл3=rуд·l,

rкл3=12,5·28=350;

с учетом нагрева кабеля

rкл3=rуд·l·СΘ,

rкл3=12,5·28·1,5=525;

хкл3=худ·l,

хкл3=0,116·28=3,248;

обратной последовательности:

r0кл3=rуд·l,

r0кл3=15,3·28=428,4;

с учетом нагрева кабеля

r0кл3=rуд0·l·СΘ,

r0кл3=4,4·28·1,5=642,6;

х0кл3=худ0·l,

х0кл3=2,91·28=81,48.

Активное сопротивление дуги в точке К1 по /4/, мОм,

.

Суммарное сопротивление контактных соединений до места КЗ rкс=1,2 мОм.

Суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности в максимальном режиме, мОм,

r1Σ=r1т + rкв1 + rк1+ r ТА1+ rкв2 + rк2 + r ТА2 + rкл2 + rкв3 + rк3 + rкл3 + rкс,

х1Σ=хс + х1т + хкв1 + х ТА1+ хкв2 + х ТА2 + хкл2 + хкв3 + хкл3,

,

.

Суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности в минимальном режиме, мОм,

r’1Σ=r1т + rкв1 + rк1+ r ТА1+ rкв2 + rк2 + r ТА2 + rкл2 + rкв3 + rк3 + rкл3 +rкс ,

,

=993,24,

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока трёхфазного КЗ в максимальном режиме, кА,

,

где Uном – среднее номинальное напряжение сети, в которой произошло КЗ, В;

.

Ударный ток в максимальном режиме, кА,

,

где Куд – ударный коэффициент, о.е.,

 ,

где , град;

;

, с;

;

, c,

где , f – частота питающей сети, равная 50 Гц;

;

;

.

Суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности, мОм,

r0Σ=r0т + rкв1 + rк1+ r ТА1+ rкв2 + rк2 + r ТА2 + r0кл2 + rкв3 + rк3 + r0кл3 + rкс,

х0Σ= х0т + хкв1 + х ТА1+ хкв2 + х ТА2 + х0кл2 + хкв3 + х0кл3,

,

;

;

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ в минимальном режиме, кА,

,

.

Начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ в минимальном режиме, кА,

.

Расчёт токов КЗ в остальных точках производится аналогично по /6/. Результаты расчёта приводятся в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Расчёт токов короткого замыкания

2.9 Выбор коммутационной и защитной аппаратуры,

распределительных силовых и осветительных шкафов

2.9.1 Выбор автоматических выключателей на КТП

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей при КЗ или ненормальных режимах (перегрузках, снижении или исчезновении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. Отключение выключателя при КЗ и перегрузках выполняется встроенным в выключатель автоматическим устройством – расцепителем. Автомат может иметь комбинированный расцепитель (электромагнитный + тепловой), полупроводниковый максимальный расцепитель или только электромагнитный расцепитель, отключающий ток КЗ.

Выбор автоматических выключателей производится по следующим условиям:

– номинальный ток расцепителя, А,

,

где Ip – расчётный ток линии, А;

– ток срабатывания расцепителя (срабатывание отсечки) выключателя, А,

где kн – коэффициент надежности, для ВА51 кн = 2,1, о.е.;

 Iкр – кратковременный максимальный ток, А,

 Iкр = Iпуск – для ответвлений и одиночных электроприёмников;

 Iкр = Iпик – для группы электроприёмников.

Пиковый ток группы электроприёмников, А,

,

где – номинальный ток наибольшего электроприёмника рассматриваемой группы, А,

,

- пусковой ток наибольшего электроприёмника, А,

,

где Kп – кратность пускового тока наибольшего электроприёмника, о.е.,

Kп = 5¸7 – для асинхронного электродвигателя с к.з. ротором, о.е.;

Ки – коэффициент использования наибольшего электроприёмника, о.е.

Проверка защитной аппаратуры производится по следующим условиям:

1)  Чувствительность к однофазному току КЗ:

 ,

где Iап.з = IСО – для автоматов;

Коэффициент чувствительности должен быть больше 1,4 ÷1,5 – при защите автоматическими выключателями;

2)  По отключающей способности:

 ,

где  – предельная коммутационная способность аппарата, кА;

3)  На динамическую устойчивость:

 ,

 где  – ток динамической устойчивости аппарата, кА.

Пример расчёта пикового тока для линии КТП – РП-18:

Номинальный ток наибольшего электроприёмника (лифта), А,

.

Пусковой ток наибольшего электроприёмника, А,

.

Пиковый ток, А,

.

Расчёт пиковых токов для других линий, отходящих от КТП, производится аналогично. Результаты расчёта приведены в таблице 2.13.

Пример выбора автомата приводится для линии КТП – РП-18.

Выбирается автомат ВА51-29 с IН.РАСЦ. = 31,5 А.

Условие выполняется.

Ток срабатывания отсечки принимается равным десятикратному току расцепителя:

.

Условие выполняется.

После выбора автоматов предварительно выбранные сечения проводников (проводов, кабелей) по условию нагрева и по потере напряжения должны быть проверены на выполнение условия защиты проводников от перегрева токами короткого замыкания. Необходимо рассчитать, чтобы номинальные токи расцепителей аппаратов защиты по отношению к допустимым длительным токовым нагрузкам проводников имели кратность не более 100%. Выполнение этого условия гарантирует в случае короткого замыкания срабатывание выключателя раньше, чем провод или кабель нагреется до опасной температуры. Если это условие не выполняется, то выбирают проводник с большей площадью сечения и с большим допустимым током.

Условие проверки, %,

где k – кратность номинального тока расцепителя аппарата защиты по отношению к допустимой длительной токовой нагрузке проводника /4/, о.е.;

.

Условие выполняется.

Проверка автомата:

1)  Чувствительность однофазному току КЗ:

 ;

 ;

2)  По отключающей способности:

 ,

 ;

3)  На динамическую устойчивость:

 ,

 .

Выбранный автомат не проходит по максимальным токам КЗ , но допускается к установке т.к. вводной автомат имеет ток срабатывания отсечки меньше, чем ток одноразовой коммутационной способности выбранного выключателя, и отключит КЗ.

Выбор автоматов других линий приводится в таблице 2.7.

Выбор вводного автомата на КТП производится по номинальному току трансформатора, с учётом перегрузки.

Номинальный ток трансформатора с учётом перегрузки, А,

Выбирается автоматический выключатель типа ВА53-43 с IН.РАСЦ. = 1600 А.

Выбор секционного автомата на КТП производится по току трансформатора, А,

Выбирается автоматический выключатель типа ВА53-41 с IН.РАСЦ.= 1000 А.

Выбор автомата на КТП на линию к конденсаторной установке производится по зарядному току КУ, А,

,

.

Выбирается автоматический выключатель типа ВА51-39 с IН.РАСЦ. = 630 А.

Выбор коммутационных аппаратов производится также для распределительных пунктов РП-15 и РП-18 аналогично выбору выключателей на КТП. Результаты приводятся в таблице 2.7.

2.6.2 Выбор автоматических выключателей в ЩО

Выбор автоматов в ЩО производится по расчетному току групповых и питающих (для МЩО) линий, чтобы выполнялось условие Ip<Iн.расц . Для групповых линий на основании таблицы 2.2 выбираются автоматы ВА51-29 с номинальными токами расцепителей 6,3, 10 и 16 А для соответствующих участков. Для питающих линий выбираются автоматы ВА51-29. Для щита ЩО4 номинальный ток расцепителя 6,3 А; для щитов ЩО3 и ЩО6 - 10 А; для щитов ЩО1 и ЩО9 - 16 А; для щитов ЩО5, ЩО7 и ЩО8 - 25 А. На линии к магистральному щиту освещения устанавливается выключатель ВА52-33 с Iн.расц=125 А.

2.6.3 Выбор силовых распределительных пунктов и групповых

щитов освещения

Для распределения электроэнергии применяют распределительные шкафы (пункты) с автоматическими выключателями или плавкими предохранителями. Распределительные пункты серий ПР11, ПР24 и ПР9000 снимают с производства. Вместо них для сетей переменного тока 50 Гц выпускаются шкафы ПР8501 для силовых и осветительных ЭУ, которые с трёхполюсными выключателями могут быть использованы также и для силовых ЭП. Продолжается выпуск силовых распределительных шкафов серии ШР11 с плавкими предохранителями ПН-2 (или НПН-2) и с рубильником на вводе.

Принимаются к установке силовые распределительные шкафы серии ПР8501 с зажимами на вводе.

В качестве групповых щитов освещения используется распределительные пункты ПР8501 с зажимами на вводе с однополюсными автоматами типа ВА51-29.

2.10 Релейная защита трансформатора цеховой подстанции

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются короткие замыкания, вследствие которых нарушается нормальная работа системы электроснабжения.

При протекании токов короткого замыкания элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного участка или сети.

С учётом требований ПУЭ для защиты силовых трансформаторов цеховой подстанции используются следующие виды защит:

1)  Токовая отсечка – предназначена для защит от междуфазных коротких замыканий на стороне высокого напряжения трансформатора и на его ошиновке. Эта защита не должна работать при междуфазных коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ и при коротких замыканиях на отходящих линиях. Данная защита является быстродействующей, действует на отключение трансформатора.

2)  МТЗ – предназначена для защиты от всех видов повреждений внутри обмотки и на выводах, а также для осуществления резервирования защит отходящих присоединений. Данная защита также может при необходимости обеспечить дальнее резервирование, имеет выдержку времени. Работает на отключение трансформатора.

3)  Токовая защита нулевой последовательности – предназначена для защиты от однофазных замыканий на стороне 0,4 кВ трансформатора в зоне резервирования, является основной. Устанавливается на трансформаторах со схемой соединения D/U0, U/U0. Отстраивается от тока небаланса, работает на отключение межсекционного и вводного автомата.

В данном случае для защиты от токов однофазного короткого замыкания используется автоматический выключатель установленный на стороне 0,4 кВ после трансформатора и следовательно, токовая защита нулевой последовательности не применяется.

4)  Газовая защита – от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня масла, выполняется с использованием реле давления и мембраны в крышке бака трансформатора.

5)  Токовая защита от перегрузки – предназначена для защиты от токов, обусловленных перегрузкой трансформаторов, действует на сигнал.

Расчет параметров срабатывания максимальной токовой отсечки:

Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки (МТО), А,

,    

где кот – коэффициент отстройки, принимается равным 1,2, о.е;

– максимальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени, на стороне низкого напряжения трансформатора, А;

кТ – коэффициент трансформации защищаемого трансформатора, о.е;

.

Ток срабатывания реле МТО, А,

,      

где ксх – коэффициент схемы, равный 1, о.е;

кТТ – коэффициент трансформации трансформатора тока, о.е;

Трансформатор тока выбирается по номинальному току трансформатора на стороне высокого напряжения IВН.ном, А,

,

.

Принимается трансформатор тока с номинальным первичным током 75А, имеющий ктт=15.

.

Коэффициент чувствительности защиты, о.е,

,     

где – ток двухфазного короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, А;

,     

где – ток трёхфазного короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, принимается, в связи малой протяжённостью высоковольтной КЛ, равным току трёхфазного КЗ на шинах РУ 6 кВ, А;

;

,

т.е. требуемая чувствительность обеспечивается.

Расчет параметров срабатывания максимальной токовой отсечки МТО:

,    

где кот = 1,2;

кВ – коэффициент возврата реле, принимается равным 0,85, о.е;

Iраб.max – наибольшее значение рабочего тока трансформатора, принимается равным 1,3∙IВН.ном с учетом допустимой перегрузки трансформатора в послеаварийном режиме, А;

.

Ток срабатывания реле МТО, А,

,    

.

Коэффициент чувствительности защиты, о.е,

,     

где – ток двухфазного короткого замыкания в минимальном режиме на стороне высокого напряжения трансформатора при коротком замыкании на стороне 0,4 кВ, А;

,     

;

,

т.е. требуемая чувствительность обеспечивается.

Время срабатывания защиты, с,

tсз = tсз.пр + Dt , 

где tсз.пр – время срабатывания защит отходящих присоединений, принимается равным 0,5,с;

Dt – ступень селективности, равная 0,5, с;

tсз = 0,5 + 0,5 =1.

Расчёты параметров срабатывания токовой защиты от перегрузки с действием на сигнал.

Ток срабатывания токовой защиты с действием на сигнал, А,

Iсз= кн∙1,3∙IВН.ном,

где кн = 1,05;

Iсз=1,05∙1,3∙60,622=82,749.

Ток срабатывания реле, А,

,     

.

Время срабатывания защиты, с;

tсз=,

tсз=1+0,5=1,5.

2.11 Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Схема защитного заземления представлена на рисунке.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Корпусы электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металлические нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции и контакте их с токоведущими частями. Если корпус при этом не имеет контакта с землёй, то прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и напряжения шага. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (за счёт уменьшения сопротивления заземления), а также путём выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземлённого оборудования.

Рисунок 2.7 – Принципиальная схема заземления в сетях трехфазного тока

1 – заземлённое оборудование; 2 – заземлитель рабочего заземления; 3 – заземлитель защитного заземления.

Область применения защитного заземления:

-  сети до 1000 В переменного тока – трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8