Расчет электрической сети сборочного цеха машиностроительного завода

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕИП
КЛ2
КЛ1
ТП
В
SКЗ
l3
l4
l5
l6
l7
l2
l1
l8
l9
10/0,4 кВ
А2
А3
А4
А1
А5
А6
А7
СП
РУНН
ЭП1
ЭП2
СМ1
СМ2
АД1
АД2
АД3
РС1РМ1
QС1QМ1
РС2РМ2
QС2QМ2
РС3РМ3
QС3QМ3
РС0=РМ0
QС0=QМ0=QМ1
ИП
КЛ2
КЛ1
ТП
В
SКЗ
l3
l4
l5
l6
l7
l2
l1
l8
l9
10/0,4 кВ
А2
А3
А4
А1
А5
А6
А7
СП
РУНН
ЭП1
ЭП2
СМ1
СМ2
АД1
АД2
АД3
РС1РМ1
QС1QМ1
РС2РМ2
QС2QМ2
РС3РМ3
QС3QМ3
РС0=РМ0
QС0=QМ0=QМ1

Рисунок 1. Участок электрической сети сборочного цеха машиностроительного завода
Таблица 1. Сведения о нагрузке силового пункта
Электро-приёмники Номинальные параметры Исходные данные вариантов Цифра номера варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ЭП1 Рн, кВт 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Последняя цифра
СМ1 Sн, кВА250 200 100 200 125 50 180 150 75 225 ПВ, % 25 40 60 25 40 60 25 40 60 25 cos 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,25 0,3 АД1 Р, кВт 5,5 11,2 6,5 7,0 7,5 3,5 12,5 22,0 15,0 10,5 cos 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,80 кп5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 ,% 85,0 86,0 87,0 88,0 89,0 90,0 91,0 92,0 93,0 94,0 ЭП2 Рн, кВт 50 45 40 35 30 50 45 40 35 30 Пред-последняя цифра
СМ2 Sн, кВА180 140 200 180 175 250 240 300 350 175 ПВ, % 40 60 25 40 60 25 40 25 25 40 cos 0,4 0,3 0,35 0,45 0,2 0,25 0,35 0,45 0,6 0,5 АД2 Р, кВт 22,5 15,5 9,0 15,0 3,5 18,0 7,5 15,5 18,0 22,5 cos 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 кп7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 ,% 88,0 88,5 89,0 89,5 90,0 90,5 91,0 91,5 92,0 92,5 АД3 Р, кВт 11,5 7,5 9,0 9,5 6,5 30,0 25,0 17,0 25,5 30,0 Третья от конца
cos 0,71 0,72 0,73 0,73 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,8 кп5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 ,% 90,0 90,2 90,4 90,6 90,8 91,0 91,2 91,4 91,6 91,8 Таблица №2. Сведения о нагрузке трансформаторной подстанции ТП
Параметры Исходные данные вариантов Цифра номера варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Ответвление с автоматом А2 Рм1, кВт 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 Последняя цифра
Рс1, кВт 90 100 120 150 180 200 240 250 270 300 Qм1, кВар60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Qс1, кВар55 60 70 75 90 100 110 125 130 145 Ответвление с автоматом А3 Рм2, кВт 200 250 300 350 400 450 500 400 300 200 Рс2, кВт 180 200 250 300 350 400 450 350 270 170 Qм2, кВар150 200 240 290 340 380 430 340 280 160 Qс2, кВар140 200 230 270 340 370 425 325 280 160 Ответвление с автоматом А4 Рм3, кВт 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 Пред-последняя цифра
Рс3, кВт 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 Qм3, кВар340 320 300 320 280 270 250 240 230 210 Qс3, кВар300 280 300 290 270 260 240 230 230 190 Ответвление с автоматом А7 Росвещ, кВт 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Третья от конца
Qосвещ, кВар20 35 40 45 70 75 80 70 85 100 Система Sкз, МВА 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Тма, час 3000 3200 3500 3700 3900 4200 4500 4700 5000 5500 Категория потребителей 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 Таблица № 3. Сведения о кабельных линиях сборочного цеха
Длина, м Исходные данные вариантов Цифра номера варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ℓ1 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 ℓ2 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 ℓ3 100 60 20 10 70 50 40 25 35 45 ℓ4 35 100 60 20 10 70 50 40 25 35 Пред-последняя цифра
ℓ5 25 35 100 60 20 10 70 50 40 25 ℓ6 40 25 35 100 60 20 10 70 50 40 ℓ7 50 40 25 35 100 60 20 10 70 50 Третья от конца
ℓ8 70 50 40 25 35 100 60 20 10 70 ℓ9 45 70 50 40 25 35 100 60 20 10 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ СИЛОВОГО ПУНКТАПредварительно все электроприемники делятся на характерные группы. Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, прежде необходимо привести мощность, заданную в исходных данных, к номинальной мощности длительного режима. Значения коэффициентов использования Ки и мощности cos для отдельных групп электроприемников выбираются по справочникам.
Средняя нагрузка каждой j–ой группы электроприемников определяется по формуле:
,
где Рнi – номинальная мощность одного электроприемника; Киj – коэффициент использования j–ой группы; Рнj – номинальная мощность j–ой группы.
Далее определяется средневзвешенный коэффициент использования Ки :где Рсм , Рн – соответственно средняя и номинальная мощности узла электроснабжения.
Чтобы вычислить расчетную активную нагрузку по формуле
,
необходимо определить эффективное число nэ электроприемников в узле

Если отношение номинальных мощностей наиболее мощного (Рнмах) и наименее мощного (Рнмin) электроприемников, входящих в узел или группу,
,
то допускается считать nэ = n, если n > 4 (где n – действительное число электроприемников).
При m > 3 и Kи > 0,2 можно пользоваться формулой:
.
В случае, если найденное по этой формуле число nэ окажется больше чем n, следует принять
n = n .Значение коэффициента максимума Км в зависимости от значений nэ и Ки определяется по справочникам.
Расчетная максимальная реактивная нагрузка определяется следующим образом:
при nэ < 10 Qр=1,1 Qсмпри nэ > 10 Qр= QсмПолная расчетная мощность узла равняется:
,
этой мощности соответствует ток
,
где Uн – номинальное напряжение сети.
Если требуется определить расчётную максимальную нагрузку при неизвестных мощностях отдельных электроприёмников, то величины Pmax и Qmax определяются по коэффициенту спроса (Кс) и коэффициенту мощности (cosφ), принимаемыми для данной отрасли промышленности:
Pmax =Kc ·Pном ;
Qmax =Pmax ·tg φ. (1)
По формуле определяем максимум силовой нагрузки цехов. Вместе с тем необходимо учесть потери мощности в трансформаторах, а также мощность, потребляемую искусственным освещением цехов и территории предприятия. Эта нагрузка определяется по удельной плотности освещения (σ, Вт/м2 ), а так же по площади производственных цехов (или территории предприятия).
Расчётные формулы:
Росв =F*σ*Косв ;
Qосв =Pосв*tg*φосв ; (2)
Рсум =Рmax +Росв ;
Qсум =Qmax +Qосв ; (3)
Sсум =; (4)
Нагрузка 6 кВ рассчитывается отдельно, так как для неё не определяется мощность освещения и потери в цеховых трансформаторах.
Определение расчетной нагрузки рассмотрим на примере механического цеха №1


РН = 2800;
Сosf = 0,6;
F= 11840 м2.
Нагрузка искусственного освещения определяется по следующим расчетным формулам:
,
где S0 - удельная плотность осветительной нагрузки на 1 м2 полной площади, Вт/м2.


Суммарная активная, реактивная и полная нагрузки:
Р
Q=Qi+Q0=1481.76+68.78=1550.2
Потери в трансформаторе:
; (5)
; (6)
Расчетный максимум активной, реактивной и полной нагрузки:
; (7)
; (8)
(9)

2. ВЫБОР СИЛОВОГО ПУНКТАДля выбора силового пункта необходимо рассчитать номинальные токи предохранителей или автоматов и их токи срабатывания (номинальные токи плавких вставок предохранителей и уставки тепловых и (или) электромагнитных расцепителей автоматов).
Выбор предохранителей в электрической сети до 1 кВ определяется следующими требованиями:
1. Номинальный ток плавкой вставки должен удовлетворять условию:
Iнв > Iр ,
где Iр – расчетный ток в начале защищаемой линии.
2. Номинальный ток плавкой вставки должен также удовлетворять условию обеспечения пуска электродвигателей
Iнв > Iпик / Кпл ,
где Iпик – пиковый ток.
Для одного электродвигателя, подключенного к линии, Iпик = Iпуск , для группы двигателей, подключенных к линии
Iпик = Iр + ( Кпуск - 1 ) Iнmax ,
где Iпуск – пусковой ток электродвигателя ; Iр – расчетный ток в линии, питающей группу электродвигателей; Iнmax – номинальный ток самого мощного двигателя в группе; Кпуск –кратность пускового тока двигателя по отношению к номинальному.
Коэффициент Кпл принимается равным Кпл = 2,5 (легкий пуск или питание нескольких электродвигателей), Кпл = 1,6 (тяжелый пуск), Кпл = 2 (средний пуск).
3. Для обеспечения защиты проводников линии ток плавкой вставки должен быть согласован с допустимым током проводника
Ксн Iдоп > Кз Iнв .
4. Для обеспечения безопасности людей необходимо, чтобы выполнялось условие:
3 Iнв < Iк(1) ,
где Iк(1) – ток однофазного КЗ (петли “фаза–нуль”) в конце защищаемого участка сети.
Последнее представляет собой проверку на срабатывание схемы защитного зануления.
Установка токов срабатывания максимальных защит на автоматических выключателях выбирается по следующим условиям.
Для автоматических выключателей серии А–3100 и А–3700:
1. Защита от перегрузки осуществляется выбором уставки теплового расцепителя
Iтепл > IрIтепл > 1,5 Iдоп ,
где Iтепл – величина уставки теплового расцепителя автомата.
2. Защита от короткого замыкания осуществляется выбором уставки электромагнитного расцепителя (при 15 % –ной погрешности в токе срабатывания)
Iмгнов > 1,25 Iпик ,
где Iмгнов – величина тока уставки электромагнитного (мгновенного) расцепителя.
3. Для обеспечения защиты проводов линии уставка расцепителя должна удовлетворять условию:
Iмгнов < 4,5 Iдоп .
4. По условию обеспечения безопасности людей в случае применения автоматических выключателей переменного тока до 100 А
1,4 Iмгнов < Iк(1) ;
– при установке автоматов с номинальным током более 100 А
1,25 Iмгнов < Iк(1) ;
– для автоматов с обратной зависимой от тока характеристикой времени срабатывания
3 Iмгнов < Iк(1) .
В случае применения автоматических выключателей серии АВМ защита от перегрузки и коротких замыканий обеспечивается выбором уставок расцепителей по следующим условиям:
– для расцепителя типа 1
Iмгнов > 1,25 Iпик ;
– для расцепителей типа 2 и 3
Iрасц2(3) Iкзtср > 1,5 tпуск ,
здесь Iкз  – максимальный ток короткого замыкания на защищаемом участке.
После выбора уставки расцепителя определяется его время срабатывания tср при кратности тока Iпуск/Iрасц по кривым.
Для выключателей серии “Электрон” с полупроводниковыми реле максимальной токовой защиты, характеристики tср = f(I/Iуст) которых настраиваются непосредственно в эксплуатации, условия выбора
Iн > Iр .
Кроме соблюдения указанных выше условий для аппаратов защиты должны соблюдаться условия проверки их на отключающую способность при коротком замыкании
Iоткл.пред > Iкз .
Из справочной литературы выбираем силовой пункт по токам аппаратов защиты и числу отходящих линий.
Результаты выбора силовых распределительных пунктов сведены в таблицу 4.
Таблица 4 - Выбор силовых распределительных пунктов
Номер РП Тип Ip, А Iн.рп, А Число отходящих линий , Iн.авт, А
РП1 ПР85 13-33-00-1ХХ-21-1ХХ-54 144 160 1х6,3; 2х10; 4х25; 3х63
РП2 ПР85 13-35-00-1ХХ-21-1ХХ-54 196,5 250 1x6,3; 2x10; 3x35; 3x63; 1x160
РПЗ ПР85 13-35-00-1ХХ-21-1ХХ-54 226,1 250 1x6,3; 2x10; 3x35; 3x63; 1x160

3. ВЫБОРА КАБЕЛЯ, ПИТАЮЩЕГО СИЛОВОЙ ПУНКТВыбора кабеля, питающего силовой пункт, производим:
– по нагреву длительным расчетным током
Ip < Kcн Iдоп– по условию соответствия выбранному защитному аппарату
Ксп Iдоп > Кз Iз ,
где Iр – расчетный ток линии; Iдоп – длительно допустимый ток проводника; Iз –номинальный ток срабатывания защитного аппарата; Ксн – поправочный коэффициент на условие прокладки проводов и кабелей; Кз – коэффициент защиты, представляющий собой отношение длительного тока для провода или жил кабеля к току срабатывания защитного аппарата.
Выбранные по этим условиям сечение кабеля проверяются по потере напряжения. При этом удобно пользоваться специальными таблицами моментов нагрузки, позволяющим по известному сечению проводника и моменту нагрузки определить потерю напряжения на участке линии.
Силовые кабели выбираются по конструктивному выполнению, по напряжению и по экономической плотности тока, проверяют на максимальный ток нагрузки, на потерю напряжения при номинальном и аварийном режиме и на термическую устойчивость при коротком замыкании.
Рассчитываем длительный ток:


Рассчитываем экономически выгодное сечение:

26 мм2
где jэк - максимальная плотность тока А/мм2 для алюминиевых кабелей с бумажной изоляцией. Полученное сечение округляем до ближайшего стандартного по условию: Sрасч >Sэк, выбираем Sэк ст=25 мм2, марка кабеля ААБ-25.
Выбранное сечение кабеля проверяется.
1. На допустимую потерю напряжения. При этом ориентировочно можно считать, что в данном курсовом проекте считаются допустимыми следующие потери: линии напряжением 6-10 кВ внутри предприятия - 5%. Необходимо учесть, что в кабельных линиях при любом сечении жил кабеля - активное сопротивление больше реактивного и последним можно пренебречь. Тогда выражение упрощается:

значение R=1,24
где cosц - значение после компенсации; l - 0,018х3 = 0,054 м.
4,05 В
*10%=0,04
Получено значение соответствует норме.
2. На нагрев токами нормального режима:

где t0 - начальная температура прокладки кабеля.
tдоп - допустимая температура нагрева для данного вида кабеля.
IДОП - длительно допустимый ток для данного вида кабелей.
Iдоп=
tнагр25+ (35*0,31) *4 =36оС
Выбранное сечение кабеля удовлетворяет условию термической стойкости на длительный ток. Выбираем кабель марки ААБ сечением 25 мм2.
4. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИПри выборе трансформатора одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.
Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения, устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:
1. Выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;
2. Определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ.
По условию предприятие получает питание от двух подстанций. Исходя из наличия на предприятии потребителей второй и третьей категории, принимаем за основную схему - радиальную, ввод от одной подстанций на одну секцию РУ.
Коэффициент мощности на границе балансовой принадлежности должен быть равен 0,967 (по условию).
Исходя из типа предприятия, принимаем плотность нагрузки при напряжении 380 В - 0,25 кВА/м 2 . Принимаем трансформаторы мощностью 1 6 00 кВА с коэффициентом загрузки 0,75 (преобладают потребители второй категории) .
Проведем выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности.
, где

Экономически оптимальное число трансформаторов определяется:
, m - дополнительно установленные трансформаторы
m определяем по таблице стр.10 6 (1) m = 0.
Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Следует отметить , что при расчете были приняты некоторые допущения, в частности за расчетную нагрузку была взята максимальная мощность, а не средняя максимальная за наиболее загруженную смену (причина указана выше). Ввиду этих допущений данный расчет нельзя считать окончательным.
Определим число трансформаторных подстанций. Предприятие получает питание от двух подстанций, причем расчетная их нагрузка неизвестна, поэтому количество цеховых ТП и их мощность будем выбирать исходя из равномерности нагрузки шин НН (при 2-х трансформаторных подстанциях) .
Исходя из указанной плотности нагрузки 0,25 кВА/м2 за основную мощность трансформаторов выбираем 1 6 00 кВА.
Распределим нагрузки следующим образом:
1 ТП: Корпус 1, Корпус 2, Корпус 3, склад ГСМ, вентиляция, станочное отделение.
2 ТП: Корпус 5, Корпус 6, сторонние.
3 ТП: Корпус 4, КНС, очистные, компрессорная, гараж.
Определим коэффициенты загрузки трансформаторов:
0,767 кВАИтоги удовлетворительны, однако данные коэффициенты загрузки даны без учета компенсации.
Расчет, приведенный выше, показал целесообразным установить в сети до 1 кВ конденсаторные батареи, суммарная мощность которых составляет 1458 кВАр.

5. ВЫБОР СЕЧЕНИЯ КАБЕЛЯ ПИТАЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРНУЮ ПОДСТАНЦИЮСечение выбираются по экономической плотности тока в нормальном режиме и проверяются по условиям нагрева расчетным током. Кроме этого необходимо сделать проверку выбранных сечений на термическую стойкость токами КЗ. При этом в расчетах следует принимать ток КЗ в начале проверяемого участка. Значения экономической плотности тока принимаются по справочной литературе в зависимости от количества часов использования максимальной нагрузки, заданного в исходных данных.
При проверке сечения линии по нагреву в качестве расчетного тока следует принимать наибольший из возможных токов на этом участке. Значение допустимого тока следует принимать для конкретных условий прокладки (“в земле” – когда кабель проложен в траншее, “в воздухе” – при других способах прокладки) с учетом поправочных коэффициентов, учитывающих одновременность прокладки нескольких кабелей в одной траншеи.
Ток протекающий по кабелю в момент максимальной нагрузки I, А, вычисляется по формуле:
А
где Sм - полная максимальная мощность, кВА;
Uн - номинальное напряжение на ВН, кВ.Сечение кабеля по экономической плотности тока S, мм2, вычисляется по формуле:

мм2
где j - экономическая плотность тока, j=1,4 А/мм2.
Выбираем кабель марки: ААШв - 10 (3х150), допустимый ток кабеля Iдоп= А. Активное сопротивление кабеля: R0=0,228 Ом/км; реактивное сопротивление кабеля: X0=0,07 Ом/км.

6. ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВВыключатель В, установленный в начале кабельной линии КЛ1, напряжением 10 кВ выбирается по всем условиям выбора, как для линейного выключателя.
Условия выбора высоковольтного выключателя:

где Iнв - номинальный ток выключателя, А;
Iр - расчетный ток линии, А;
Uнв - номинальное напряжение выключателя, В;
Uн - номинальное напряжение линии, В.
Выбираем выключатель марки: ВМГП-10-630-20У3
Номинальное напряжение Uн =10 кВ:
- наибольшее рабочее напряжение Uн.max =12 кВ;
- номинальный ток Iн=630 А.
10 кВ=10 кВ.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате курсового проектирования был произведен расчет электроснабжения машиностроительного завода. При разработке были учтены особенности технологического процесса.
При разработке электрической сети цеха машиностроительного завода было проведено технико-экономическое сравнение рационального напряжения завода. В результате принято рациональное напряжение 10 кВ, были выбраны число и мощности цеховых ТП, сечения кабелей, токопровод питающий РП.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Расчет электрических нагрузок, выбор главных схем и оборудования промышленных предприятий: Учеб. пособие / В.К. Грунин, С.Г. Диев, В.В. Карпов, В.Ф. Небускин, В.К. Федоров, А.В. Щекочихин; Под общ. ред. В.К.Грунина. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. – 104с.
2. Рекомендации по проектированию и эксплуатации систем электроснабжения новых, расширяемых и реконструируемых нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. Под ред. В.И. Старостина. – 2-е изд. – М.: 2011. – 140с.
3. Руководящий технический материал. Указания по расчету электрических нагрузок. РТМ 36.18.32.4-92. – М.: ВНИПИ Тяжпромэлектропроект, 1992. – 26с.
4. Сергеев А.А. Экономические основы бизнес планирования: Учеб. пособие для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2010. – 303с.
5. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г.М. Кнорринга. – Л., «Энергия», 2006. – 384с.
6. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 2011. – 576с. – (Электроуста-новки промышленных предприятий / Под общ. Ред. Ю.Н. Тищенко и др.)
7. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ В.В.Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энерго-атомиздат, 2011. – 352с.
8. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.1. Электроснабжение / Под общ. Ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 2012. – 568с.
9. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.2. Электрооборудование / Под общ. Ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатом-издат, 2009. – 592с.
10. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энерго-атомиздат, 2011. – 472с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Силовая схема машиностроительного завода