Характеристика и анализ основных исходных данных для проектирования систем цехового электроснабжения.

Введение

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приёмники электроэнергии. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электрических станций.

В настоящее время большинство потребителей получают электрическую энергию от энергосистем. В то же время на ряде предприятий продолжается сооружение и собственных ТЭЦ.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.300.ПЗ

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных
процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии.

Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий велось в централизованном порядке в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования возникли типовые решения.

В настоящее время созданы методы расчёта и проектирования цеховых сетей, выбора мощности трансформаторов, методика определения электрических нагрузок, выбора напряжения, сечений проводов и жил кабелей и т.п.

Задачей дипломного проектирования является разработка проекта схемы

электроснабжения прессового цеха отвечающая требованиям безопасности, надежности, экономичности, экологичности, обеспечения надлежащего качества электроэнергии, уровней напряжения, стабильности частоты и т.п. При этом должны по возможности применяться решения, требующие минимальных расходов цветных металлов и электроэнергии.

Дипломный проект состоит из расчѐтно-пояснительной записки и графической части.

Согласно задания в пояснительной записке выполнено следующее:

проанализированы основные исходные данные для проектирования системы

цехового электроснабжения; сформированы первичные группы электроприемников для проектируемой электрической сети цеха; рассчитаны электрические нагрузки первичных групп электроприемников;

рассчитана электроосветительная нагрузка цеха; разработана схема питания

силовых электроприемников цеха и выбрана система заземления

электрической сети; рассчитаны электрические нагрузки узлов электрической сети и всего цеха; выбрано конструктивное исполнение

электрической сети, марки проводников и способов их прокладки; выбраны

типы сетевых объектов и типы защитных аппаратов в них; рассчитаны

защитные аппараты электрической сети и электроприемников; выбраны

сечения проводников для подключения электроприемников и сетевых

объектов; произведен выбор единичных мощностей трансформаторов

цеховых ТП или ВРУ, рассчитаны токи трехфазного КЗ питающей

электрической сети на напряжение до 1 кВ.

Согласно задания в графической части проекта выполнены чертежи плана

цеха с силовой сетью, а также электрическая схема электроснабжения цеха.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.300.ПЗ

Общая часть

Формирование первичных групп электроприемников для

Проектируемой электрической сети цеха

 

В данном проектируемом цехе отсутствуют электроприѐмники

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.301.ПЗ

большой мощности, которые подключаются от цехового ТП или ВРУ.

Необходимо спланировать каким способом будет осуществляться

электропитание проектируемого цеха: подключение оборудования в

основном помещении, во вспомогательных помещениях, подключение

крана- балки, вентилятора.Распределение электроприемников по группам представлено в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2. Распределение электроприемников по группам.

Таблица 1.2– Распределение электроприемников по группам.
№	Наименование электроприемников.	Руст, кВт	Количество.
СП 1
	Отрезной станок	3,5
	Листогибочный станок	11,6
СП 2
	Вертикально-фрезерный станок	8,6
	Круглошлифовальный станок	4,2
	Координатно-расчётныйстанок	11,8
	Вертикально-фрезерный станок	6,2
	Радиально-сверлильный станок	4,5
ШРА-1
	Радиально-сверлильный станок	4,5
	Токарно-винторезный станок	7,8
	Резьбонарезной станок	12,4
	Пресс
	Шлифовальный станок	10,5
	Установка плазменной резки
	Кран-балка	4,1
СП 3
	Радиально-сверлильный станок	4,5
	Вертикально-фрезерный станок	8,6
	Токарно-винторезный станок	7,8
	Горизонтально-фрезерный станок	3,5
ШРА-2
	Сварочный трансформатор
	Фрезерный станок	12,4
	Круглошлифовальный станок	4,2
	Вертикально-фрезерный станок	6,2
	Пресс
	Пресс
	Плоскошлифовальный станок	7,6
	Пресс
	Трубогиб	9,2
	Координатно-расчётный станок	11,8
	Горизонтально-фрезерный станок	3,5
	Вентилятор	7,8
	Пресс
	Пресс

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.302.ПЗ

2. Расчет электрических нагрузок по установленной мощности

Электроприемников.

Определение силовых нагрузок по коэффициенту расчетной нагрузки проводится согласно «Указаниям по расчету электрических нагрузок» РТМ 36.18.32.4—92 ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» (г. Москва).

Исходной информацией для выполнения расчетов является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей, наимено-ваний механизмов или технологических установок. Мощность электро-приемников, работающих в ПКР, должна быть приведена к ПВ = 100 %.

Для каждого приемника электроэнергии по справочной литературе

по табл. 2.1 подбираются средние значения коэффициентов использования К_и и активной мощности cosφ. При наличии в справочных таблицах интервальных значений К_и рекомендуется брать большее.

По данному методу расчетная активная нагрузка группы электро-приемников(n>1) определяется по выражению:

(2,1)

где: K_и – коэффициент использования расчетной нагрузки (коэффициент максимума).

К_р – коэффициент расчётной нагрузки.

Р_{ном i}– номинальная мощность i-гоэлектроприемника, кВт

Произведём расчёт нагрузок напримере СП1.

Если величина P_p окажется меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы Р_номmax, следует принимать:

(2,2)

 

Величина К_р принимается в зависимости от эффективного числа электроприемников группы n_{э и} группового коэффициента

Использования К_р. При расчете нагрузок распределительных шкафов, пунктов, шинопроводов, троллеев, и других устройств, питающихся с помощью проводов или кабелей, значения К_р берутся из табл. 2.2(методические указания), а магистральных шинопроводов, цеховых трансформаторов, цеха или корпуса в целом — из табл. 2.3.

Под эффективным (приведенным) числом электроприемников понимается такое число однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обусловливает ту же величину расчетной нагрузки, что и группа различных по номинальной мощности и режиму

работы электроприемников. При m>3 и K_и ≥ 0,2 эффективное число групп приемников определяется по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

(2,3)

Если найденное по этой формуле (n_э) оказывается большим, чем фактическое,следует принимать (n_э =n).

6

Для группы электроприемников различных категорий, т.е. с разными Ки групповой коэффициент использования находится по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.302.ПЗ

(2,4)

где: n – действительное число электроприемников в группе.

P_номi– номинальная мощность i-го электроприемника, кВт;

0,15

Расчетная реактивная нагрузка группы электроприемников определяется следующим образом:

(2,5)

где: К_р– расчетный коэффициент,

при n_Э≤10 К_р=1,1

при n_Э>10 К_р =1

Полная расчётная активная мощность силового пункта СП равна сумме нагрузок электроприемников Р_СП =Р_Р.

Полная расчётная реактивная мощность СП равна:Q_СП =Q_P.

Определение полной максимальной нагрузки:

(2,6)

Тогда расчетный ток для группы электроприемников:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.302.ПЗ

(2,7)

 

где U_H– номинальное напряжение сети, В. Принимаем U_H=0,38 кВ.

 

Коэффициент мощности по группе электроприемников средневзвешенный cosᵩ:

 

(2,8)

 

Расчеты группы СП1 оформлены в виде таблицы 2.1

 

По аналогичной методике производим расчет нагрузок для остальных силовых пунктов. Результаты расчета силовых нагрузок цеха сводим в сводную Таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Расчет нагрузок для СП 1
№	Электроприемник.	Pуст	Коли-во	Ки	cosϕ	tgϕ
	Отрезной станок	3,5		0,13	0,5	1,73
	Листогибочный станок станок	11,6		0,16	0,6	1,33
	Итого	37,2		0,15	0,56	1,48
Групповой коэфициент использования	Ки	―	0,15	―	―
Эффективное кол-во электроприемников	nэ	―		―	―
Коэфициент расчетной мощьности	Kp	―	2,0	―	―
Расчетная активная нагрузка эл.приемников	Рр	кВт	10,8	―	―
Расчетная реактивная нагрузка эл.приемников	Qр	квар	8,9	―	―
Средневзвешенный	cosφ		0,56	―	―
Средневзвешенный	tgφ		1,48	―	―
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист ДПМиЭ.02024.302.ПЗ   Полная максимальная нагрузка	Sp	кВА	14,0	―	―
Расчетный максимальный ток группы эл.приемников	Ip	А	21,3	―	―

 

Таблица 2.2 Сводная ведомость силовых и осветительных нагрузок цеха
Узлы питания.	Кол-во.	Установленная мощность	Ки	cosφ	tgφ	nэ	Кр	Рсчетные нагрузки.
Рном. одного	Рном общая	Рp. кВт	Qp.квар	Sp кВА	Ip.А
СП 1
Отрезной станок		3,5		0,13	0,5	1,73
Листогибочный станок		11,6	23,2	0,16	0,6	1,33
Итого по СП 1			37,2	0,15	0,56	1,48		2,0	10,8	8,9	14,0	21,3
―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―
СП 2
Вертикально-Фрезерный станок		8,6	17,2	0,13	0,5	1,73
Круглошлифовальный станок		4,2	12,6	0,13	0,5	1,73
Координатно-расчётный станок		11,8	23,6	0,16	0,6	1,33
Вертикально-фрезерный станок		6,2	18,6	0,13	0,5	1,73
Радиально-сверлильный станок		4,5		0,13	0,5	1,73
Итого по СП 2				0,14	0,53	1,6		1,60	18,0	19,7	26,7	40,6
-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
ШРА-1
Радиально-сверлильный станок станок		4,5		0,13	0,5	1,73
Токарно-винторезный станок		7,8	15,6	0,13	0,5	1,73
Резьбонарезной станок		12,4	37,2	0,16	0,6	1,33
Пресс				0,17	0,65	1,17
Шлифовальный станок		3,210,5		0,16	0,6	1,33
Установка плазменной резки				0,35	0,5	1,73
Кран-балка		4,1	2,59	0,1	0,5	1,73
Итого по ШРА-1			301,39	0,28	0,53	1,60		0,95	80,5	134,0	156,3	237,8
―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―
СП 3
Радиально-сверлильный станок		4,5		0,13	0,5	1,73
Вертикально-фрезерный станок		8,6	25,8	0,13	0,5	1,73
Токарно-винторезный станок		7,8	15,6	0,13	0,5	1,73
Горизонтально-фрезерный станок		3,5	10,5	0,13	0,5	1,73
Итого по СП 3			60,9	0,13	0,5	1,73		1,75	13,9	15,1	20,5	31,1
―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―
ШРА-2
Сварочный трансформатор				0,2	0,4	2,29
Фрезерный станок		12,4	12,4	0,16	0,6	1,33
Круглошлифовальный станок		4,2		0,13	0,5	1,73
Вертикально-фрезерный станок		6,2	24,8	0,13	0,5	1,73
Пресс				0,17	0,65	1,17
Пресс				0,17	0,65	1,17
Плоскошлифовальный станок		7,6	7,6	0,13	0,5	1,73
Пресс				0,17	0,65	1,17
Трубогиб		9,2	27,6	0,13	0,5	1,73
Координатно-расчётный станок		11,8	23,6	0,16	0,6	1,33
Горизонтально-фрезерный станок		3,5	3,5	0,13	0,5	1,73
Вентилятор		7,8	7,8	0,7	0,8	0,75
Пресс				0,17	0,65	1,17
Пресс				0,17	0,65	1,17
Итого по ШРА-2			334,3	0,17	0,59	1,38		1,45	84,4	116,4	143,8	218,73
―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―	―
Освещение			21,02		0,57	1,43			21,02	31,79	38,11
Итого по цеху			835,8	0,24	0,55	1,51		1,21	218,9	330,9	396,76	603,5

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.303.ПЗ

3 Расчет электрического освещения производственных помещений

Группэлектроприемников

Расчет полной цеховой нагрузки установленной мощности групп электро-приёмников произведем методом упорядоченных диаграмм.

Определяем групповой коэффициент использования:

(4.1)

= 0,21

Определяем эффективное количество электроприемников всего цеха в целом:

(4.2)

= 17

где – номинальная мощность наиболее мощного электроприемника цеха.

По и определяем коэффициент расчетной нагрузки таблица2.2

Коэффициенты расчѐтной нагрузки:

= =1,18 (таблица 2.2)

Цеховой средневзвешенный :

(4.3)

= =

= 0,55

(4.4)

= 0,84

 

(4.5)

 

=1,51

Определяем средне активную и реактивную нагрузки всего цеха в целом:

(кВт) (4.6)

197,85 (кВт)

(квар) (4.7)

= 197,85 = 299,14 (квар)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.304.ПЗ

Полная расчётная активная мощность цеха равна сумме групповых нагрузок электроприемников:

(кВт) (4.8)

= 218,9 (кВт)

Полная расчётная реактивная мощность цеха равна:

(квар) (4.9)

= 330,9 (квар)

Полная расчётная мощность цеха равна:

(кВа) (4.10)

= 396,76 (кВа)

Расчетный максимальный ток электроприемников цеха определяется по формуле:

(А) (4.11)

=603,5 (А)

Расчет высоковольтной сети

Проектируемого цеха

Распределительные пункты питаются от КТП-400-10/0,4 кВ цеха по кабельным линиям. Выбор сечения их аналогичен выбору провод-ников к отдельным электроприемникам. Проводники выбираются и проверяются по допустимому нагреву длительным расчетным током I_р по условию:

(А)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.308.ПЗ

(8.1)

(А) (8.2)

I_р – расчетный ток группы электроприемников РП;

К_п – поправочный коэффициент, учитывающих условия прокладки проводов и кабелей (при нормальных условиях прокладки Кп =1);

К_з – кратность длительно допустимого тока кабеля по отношению к току срабатывания защитного аппарата;

I_з – номинальный ток защитного аппарата.

Кабели к ШРА выполняем поводами марки АПВ в тонкостенных трубах. Сечение поводов выбираем по номинальному току ШРА с учётом дальнейшего роста нагрузки.

I_доп. ≥ I _р.шра (8.3)

Номинальные токи автомата I_н.а. и его расцепителя I_н.р. выбираются по длительному расчету току линии с учетом селективности:

I_н.а. ≥ I_дл (8.4)

I_н.р. ≥ 1,1I_дл (8.5)

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_сро проверяем по максимальному кратковременному току линии:

I_сро. ≥ 1,25I_кр (8.6)

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.308.ПЗ

Выберем автоматический выключатель, для защиты СП1:

I_расч = 21,3 (А)

Пиковый ток группы электроприѐмников определяем по формуле:

I_кр = I_п.max + I_р - k_и·I_н.max (8.7)

где k_и – коэффициент использования характерный для двигателя с наибольшим пусковым током;

I_п.max – наибольший пусковой ток электродвигателя в группе, А.

I_р - расчетный ток группы электроприемников, А.

I_н.max – номинальный ток двигателя с максимальным пусковым током, А.

Наибольшим пусковым током в группе обладает листогибочный станок:

I_п.max = 199,22 (А),

I_н.max = 28,46 (А),

k_и = 0,16

I_кр = 199,22 + (21,3 - 0,16·28,46) = 215,97 (А)

Номинальный ток расцепителя:

I_нр >1,1·21,3 = 23,43 (А)

Расчетный ток отсечки:

I_сро =1,25·215,97 = 269,96(А)

Кратность тока отсечки:

К_о ≥ I_о / I_нр (8.8)

К_о = 269,96/23,43 = 11,52

Принимаем выключатель ВА51-35 с параметрами: I_на = 25 (А);

I_нр =25 (А); К_о =14; U_на = 380 (В).

Проверим правильность выбора автоматического выключателя ВА51Г-25:

U_на ≥ U_сети 380=380 (В).

I_{на паспорт} ≥I_{на расчетн} 25 (А) >21,3 (А)

I_{нр паспорт} ≥ I_{нр расчетн} 25 (A) > 23,43 (A)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.308.ПЗ

I_{на паспорт} ≥ I_{нр расчетн} 25 (A) > 23,43 (A)

К_{о паспорт} ≥ К_{о расчетн} 14 > 11,52

Условия выбора выполняются, окончательно принимаем выключатель: ВА51-35.

Результаты выбора защитных аппаратов для СП1-3, ШРА-1 и ШРА-2 заносим в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 Выбор аппаратов защиты распределительной сети.

Обозначение	Iр, А	Iпик, А	1,25Iпик, А	Паспортные параметры автомата
Тип автомата	Iн.а.	Iн.р.	Ко
СП1	21,3	215,97	269,96	ВА51Г-25
СП2	40,6	235,27	294,09	ВА51-31
СП3	31,1	186,61	233,26	ВА51-31
ШРА - 1	237,8	1471,47	1839,34	ВА51-37
ШРА - 2	218,3	950,79	1188,49	ВА51-35
ЩО	55,8	-	-	ВА51-31

 

Произведѐм выбор кабеля для СП 1 с I_р = 21,3.А, учитывая автоматиче-ский выключатель установленный в РУ ВА 51Г-25 I_нр = 25 (А):

= 21,3 (А)

= 25 (А)

Выбираем небронированный алюминиевый кабель АВВГ 5х4 мм² проложенным открыто, c I_доп = 27 (А), проверяем по условию (8.1) и (8.2):

27 (А) ≥ 21,3 (А) - условие выполняется,

27 (А) ≥ 25 (А) - условие выполняется.

Результаты выбора кабелей для СП1-3, ШРА-1, ШРА-2 и ЩО заносим в таблицу 8.1.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.308.ПЗ

Таблица 8.2. Выбор проводников питающих распределительные пункты.

 

Наименование силового пункта	Ip, А	Iз, А	Кз		Марка кабеля	Iдоп, А
СП1	21,3				АВВГ 5х4 мм^2
СП2	40,6				АВВГ 5х25мм^2
СП3	31,1				АВВГ 5х16мм^2
ШРА - 1	237,8				ВВГ 5х95мм^2
ШРА - 2	218,3				АВВГ 5х185мм^2
ЩО	55,8				АВВГ 5х35мм^2

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.309.ПЗ

9. Расчет заземляющего устройства электроустановок

Рассчитать заземляющее устройство (ЗУ) в электроустановках (ЭУ) с изолированнойнейтралью (ИН) — это значит;

— определить расчетный ток замыкания на землю (I_з) и сопротивление ЗУ (R₃);

— определить расчетное сопротивление грунта (ρ_p);

— выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

— уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.

ОпределениеIзи R3

В любое время года согласно ПУЭ (9.1)

Где – сопротивление заземляющего устройства, Ом(не более 10 Ом)

– расчетный ток замыкания на землю, А(не более 500 А)

Расчетный (емкостный) ток замыкания на землю определяется приближенно:

(9.2)

Где - номинальное линейное напряжение сети, кВ;

L_КЛ, L_ВЛ — длина кабельных и воздушнных электрически связанных линий, км.

Определение ρ_p грунта

ρ_p= K_сез · ρ (9.3)

Где ρ_p- расчетное удельное сопротивление грунта Ом*м;

К_СЕЗ — коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта,

К_СЕЗ = F (климатическая зона, вид заземлителей), принимается по таблице.

Выбор и расчет сопротивления электродов.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДПМиЭ.02024.309.ПЗ

Приближенно сопротивление одиночного вертикального заземления определяется по формуле:

r_в = 0,3ρ_p (9.4)

Сопротивление горизонтального электрода (полосы) определяется по формуле:

(9.5)

Где – длина полосы, м;

b – ширина полосы, м.

Уточнение числа вертикальных электродов

Необходимое число вертикальных заземлителей определяется следующим образом:

(при использовании только искусственных заземлителей);

(9.6)

Где уточненное значение коэффициента использования вертикальных заземлителей.

Произведем расчеты

Дано:

A*B = 72*18м

L_вл = 5км

L_кл = 1,1 км

ρ = 800 Ом*м (суглинок)

Климатический район — IV

Вертикальный электрод — уголок (75х75), L_в = 3 м

Вид ЗУ — контурное

Горизонтальный электрод — полоса (40х4 мм)

Требуется:

-определить количество вертикальных и длину горизонтальных заземлителей;