Курсовая работа: Проектирование системы электроснабжения цеха машиностроительного завода

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Амурский государственный университет»

Курсовая работа

по дисциплине

"Электроснабжение промышленных предприятий"

На тему:

"Проектирование системы электроснабжения цеха машиностроительного завода"

Благовещенск 2006


Задание

Выполнить проект электроснабжения цеха представленного на плане по следующим исходным данным:

Таблица 1 – Исходные данные на курсовой проект

Наименование ЭП № на плане Кол-во

Р ном, кВт
1. Круглошлифовальный 1–6, 59–65 13 28
2. Токарно – револьверный 7–11, 87–91 10 18
3. Вертикально-сверлильный 12–16 5 30
4. Токарный полуавтомат 17–22 6 14
5. Горизонтально-проточный 23–27, 114–115 7 21
6. Токарный с ЧПУ 28–36 9 14
7. Горизонтально-расточный 37–40, 85,86 6 12
8. Горизонтально-фрезерный 41–53 13 23
9. Токарно-винторезный 54–58, 92–94 8 16
10. Радиально-сверлильный 66–73 8 13
11. Вертикально-фрезерный 74–76 3 15
12. Бесцентро-шлифовальный 77–84 8 44
13. Шлифовальный 95–100 6 23
14. Горизонтально-шлифовальный 101, 102 2 30
15. Вертикально-фрезерный 103–105 3 26
16. Радиально-сверлильный 106,107 2 16
17. Вентустановка 108, 109, 129 3 14
18. Токарный с ЧПУ 110, 111 2 20
19. Токарно – револьверный 112, 113 2 24
20. Токарный полуавтомат 116–118 3 15
21. Плоскошлифовальный 119, 120 2 17
22. Вертикально-фрезерный 121–123 3 18
23. Точильно-фрезерный 124–128 5 30
24. Электромаслянная ванна 130, 131 2 15
25. Нагревательная электропечь 132–134 3 20
26. Термическая печь 135–136 2 50
27. Электротермическая печь 137 1 41
28. Электропечь 138–141 4 32
29. Вентустановка 142 1 18
30. Точечные стационарные 143–146 4 120
31. Сварочные стыковые 147–151 5 70
32. Сварочные шовные роликовые 152–155 4 60
33. Сварочные точечные 156–158 3 90
34. Сварочные стационарные 159–161 3 40
35. Вентустановка 162–164 4 15

Реферат

Работа 83 с., 8 рисунков, 29 таблиц, 9 источников, 4 приложения.

Электрическая нагрузка, электроприемник, трансформатор, ток короткого замыкания, батареи конденсаторов, приведенные затраты, центр электрических нагрузок

В данном курсовом проекте по дисциплине Электроснабжение промышленных предприятий представлено проектирование системы электроснабжения отделений цеха машиностроительного завода. Рассчитывается нагрузка данного цеха для выбора КТП, токи короткого замыкания для выбора электрооборудования, производится выбор проводников, а также выбор и расстановка НКУ.


Содержание

Введение

1. Краткое описание технологического процесса

2. Расчет электрических нагрузок

3. Выбор двух вариантов распределительной сети

4. Выбор и расчет низковольтной электрической сети

5. Выбор защитных коммутационных аппаратов

6. Технико-экономическое сравнение вариантов по приведенным затратам

7. Расчет токов короткого замыкания для выбранного варианта

8. Проверка выбранных сечений проводников и защитных аппаратов

9. Построение карты селективности

10. Описание работы АВР на напряжение 0,4 кВ

Заключение

Библиографический список


Введение

Предмет «Электроснабжение промышленных предприятий» охватывает вопросы, относящиеся к проектированию и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий. Решение этих вопросов позволяет обеспечить дальнейшее совершенствование способов электрификации промышленных предприятий и установок всех отраслей промышленности с применением современных средств электронно-вычислительной техники.

Повышение технического уровня принимаемых решений при проектировании электроснабжения промышленных предприятий достигается за счёт применения надёжных и экономичных схем электроснабжения и подстанций; прогрессивных способов канализации электроэнергии, в первую очередь глубоких вводов с применением кабелей 35–220 кВ, токопроводов 6–10 кВ; компенсации реактивной мощности, в том числе за счёт установки синхронных двигателей и статических конденсаторов; мероприятий по повышению качества электроэнергии (схемные решения, симметрирующие установки, фильтры высших гармоник); автоматизации учёта электроэнергии, что способствует снижению максимума нагрузки и уменьшению потерь.


1. Краткое описание технологического процесса

Производственные процессы проектируемого цеха осуществляются в основном, инструментальном, термическом и сварочном отделениях, а также на сборочном участке.

Потребителями основного отделения являются металлообрабатывающие станки средней мощности, к ним относятся: круглошлифовальный, токарно-револьверный, вертикально-сверлильный, токарный полуавтомат, токарный с ЧПУ, горизонтально-проточный, горизонтально-расточный, горизонтально-фрезерный, токарно-винторезный, радиально-сверлильный и другие.

Металлообрабатывающие станки являются трехфазными, по надежности электроснабжения относятся ко второй категории. Устанавливаются стационарно и по площади цеха распределены равномерно.

В проектируемом цехе имеются приемники работающие в повторно-кратковременном режиме – это электроприемники контактной сварки (точечные стационарные, сварочные стыковые, сварочные шовные роликовые, сварочные точечные, сварочные стационарные машины).

Основным технологическим процессом проектируемого в данном курсовом проекте цеха является металлообработка, сварка, термическая обработка, шлифовка, расточка металлических заготовок и сборка металлических конструкций.

Все электроприемники рассчитаны на переменный ток напряжением 380 В промышленной частоты.

Окружающая среда в цехе нормальная, температура не превышает 20-300С. Для удаления технологической пыли, газа и паров, образованных во время производственного процесса и способных нарушить нормальную работу оборудования, в цехе используются семь вентиляционных установок различной мощности.


2. Определение расчетных электрических нагрузок

Определение электрических нагрузок является одним из основных этапов проектирования. По значению электрических нагрузок выбирают электрооборудование и схему системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

Определение максимальных нагрузок производится в два этапа. На первом этапе определяется нагрузка отдельных электроприемников, отдельных цехов и производственных участков, а также всего предприятия.

На этом этапе расчета предполагают отсутствие источников реактивной мощности в СЭС. Результаты первого этапа расчета электрических нагрузок используются как исходные данные для выбора числа и мощности силовых трансформаторов с одновременным определением мощности и мест подключения компенсирующих устройств

Для наиболее точного расчета электрических нагрузок применяют вероятностный метод, к которому относится метод расчетного коэффициента, применяемый для расчета нагрузок промышленных предприятий.

Расчет легко поддается автоматизации с помощью ЭВМ и реализован в программе «ZAPUSK».

Определение расчетных электрических нагрузок на первом этапе производится для выбора силовых трансформаторов цеховой КТП, магистральных шинопроводов. Метод расчетного коэффициента разработан в ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект», изложен в «Указаниях по расчету электрических нагрузок» /1/ и производится по нижеизложенной методике.

Для первого этапа расчета нагрузок необходимо разбить электроприемники на характерные категории, т.е. объединить их в группы по сходству режимов работы и близким коэффициентам использования

­  Суммарные номинальные активная и реактивная мощности каждой характерной категории определяется по формулам:

                                                  (1)

                                          (2)

где  – активная номинальная мощность электроприемника, кВт;

,  – соответственно номинальные активная и реактивная мощности группы электроприемников, кВт и квар;

 – паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности электроприемника.

­  Средняя мощность нагрузок каждой категории электроприемников определяется по выражениям:

                                             (3)

                                              (4)

где ,  – соответственно номинальные активная и реактивная мощности за период времени Т, кВт и квар.

­  Средневзвешенные коэффициенты использования и мощности рассчитываются следующим образом:


                                         (5)

                                         (6)

где ,  – соответственно коэффициент использования i-го электроприемника и средневзвешенный коэффициент использования;

 – средневзвешенный коэффициент реактивной мощности.

­  Эффективное число электроприемников по характерной категории определяется по формуле:

                                              (7)

­  На основании рассчитанных параметров и таблицы 1 представленной в /1/ определяется расчетный коэффициент:

;)                                              (8)

где – эффективное число электроприемников;

 – коэффициент расчетной нагрузки.

­  Определяем расчетную мощность по каждой характерной категории:

                                             (9)

                                            (10)

где ,  – соответственно расчетные активная и реактивная мощности, кВт и квар.

­  Полная расчетная нагрузка определяется по следующему выражению:

                                               (11)

Исходные данные для расчета электрических нагрузок проектируемого цеха с выделением характерных категорий представлены в таблице 2. Где электроприемники цеха разбиваются на однородные по режиму работы группы.

Таблица 2 – Исходные данные для расчета электрических нагрузок

Наименование ЭП № на плане Кол-во

Р ном, кВт

Коэффициенты

Первая характерная категория (станки)
1. Круглошлифовальный 1–6, 59–65 13 28 0,13 0,5 1,73
2. Токарно – револьверный 7–11, 87–91 10 18 0,13 0,5 1,73
3. Вертикально-сверлильный 12–16 5 30 0,13 0,5 1,73
4. Токарный полуавтомат 17–22 6 14 0,13 0,5 1,73
5. Горизонтально-проточный 23–27, 114, 115 7 21 0,13 0,5 1,73
6. Токарный с ЧПУ 28–36 9 14 0,13 0,5 1,73
7. Горизонтально-расточный 37–40, 85,86 6 12 0,13 0,5 1,73
8. Горизонтально-фрезерный 41–53 13 23 0,13 0,5 1,73
9. Токарно-винторезный 54–58, 92–94 8 16 0,13 0,5 1,73
10. Радиально-сверлильный 66–73 8 13 0,13 0,5 1,73
11. Вертикально-фрезерный 74–76 3 15 0,13 0,5 1,73
12. Бесцентро-шлифовальный 77–84 8 44 0,13 0,5 1,73
13. Шлифовальный 95–100 6 23 0,13 0,5 1,73
14. Горизонтально-шлифовальный 101, 102 2 30 0,13 0,5 1,73
15. Вертикально-фрезерный 103–105 3 26 0,13 0,5 1,73
16. Радиально-сверлильный 106,107 2 16 0,13 0,5 1,73
17. Токарный с ЧПУ 110, 111 2 20 0,13 0,5 1,73
18. Токарно – револьверный 112, 113 2 24 0,13 0,5 1,73
19. Токарный полуавтомат 116–118 3 15 0,13 0,5 1,73
20. Плоскошлифовальный 119, 120 2 17 0,13 0,5 1,73
21. Вертикально-фрезерный 121–123 3 18 0,13 0,5 1,73
22. Точильно – шлифовальный 124–128 5 30 0,13 0,5 1,73

Вторая характерная категория (вентустановки)
1. Вентустановка 108,109,129 3 14 0,65 0,8 0,75
2. Вентустановка 142 1 18 0,65 0,8 0,75
3. Вентустановка 162–164 4 15 0,65 0,8 0,75

Третья характерная категория (термические установки)
1. Электромаслянная ванна 130, 131 2 15 0,8 0,9 0,48
2. Нагревательная электропечь 132–134 3 20 0,8 0,9 0,48
Продолжение таблицы 2
3. Термическая печь 135–136 2 50 0,8 0,9 0,48
4. Электротермическая печь 137 1 41 0,8 0,9 0,48
5. Электропечь 138–141 4 32 0,8 0,9 0,48

Четвертая характерная категория (контактная сварка)
1. Точечные стационарные 143–146 4 120 0,35 0,5 1,73
2. Сварочные стыковые 147–151 5 70 0,35 0,5 1,73
3. Сварочные шовные роликовые 152–155 4 60 0,35 0,5 1,73
4. Сварочные точечные 156–158 3 90 0,35 0,5 1,73
5. Сварочные стационарные 159–161 3 40 0,35 0,5 1,73

Нагрузка цеха представлена как трехфазной, так и однофазной нагрузкой. Так, в сварочном отделении имеются однофазные электроприемники, которые считаются специфической нагрузкой. Их расчет производиться в ручную и приводиться в приложении А.

Расчет трехфазных нагрузок приемников электроэнергии напряжением до 1000 В проводится с использованием пакета прикладных программ «ZAPUSK». Расчет по характерным категориям цеха трехфазной нагрузки, приведен в приложении Б.

Осветительная нагрузка рассчитывается методом удельной плотности осветительной нагрузки в программе «ZAPUSK». Результаты расчета всех нагрузок цеха приведены в таблице 3. Результаты расчета осветительной нагрузки приведены в приложении В.

Таблица 3 – Результаты расчета электрических нагрузок

Характерная категория

Р ном, кВт

Рср, кВт

Qср, квар

Рр, кВт

Qр, квар

Sр, кВА

Ip, A
Первая характерная категория (станки) 2730 354,9 613,98 230,69 675,38 713,69 1084,3
Вторая характерная категория (вентустановки) 120 78 58,5 70,2 64,35 95,23 144,7
Третья характерная категория (термические установки) 359 287,2 137,86 287,2 151,64 324,78 493,45
Суммарная трехфазная нагрузка по цеху 3209 720,1 810,34 588,09 891,37 1067,88 1622,483
Однофазная нагрузка 338,43 586,16 676,86 1781,21
Осветительная нагрузка 152,88 145,24 70,29 145,24 70,29 161,35 232,89
ИТОГО по цеху 926,52 1477,53 1744,74

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для цеховых трансформаторных подстанций промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

Критерием при выборе трансформаторов являются надежность электроснабжения, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность

При сооружении цеховых трансформаторных подстанций предпочтение следует отдавать, комплектным трансформаторным подстанциям (КТП), полностью изготовленным на заводах.

Рассмотрим варианты установки одного и двух трансформаторов на КТП.

Мощность трансформатора определяется по следующему выражению:


кВА                     (12)

где N – количество устанавливаемых на КТП трансформаторов;

Кз – коэффициент загрузки трансформаторов, равен 0,7 для двух трансформаторов на КТП, равен 0,9 при одном трансформаторе.

Принимаем двухтрансформаторную КТП 1000/10 кВА с силовым трансформатором типа ТМ-1000/10.

Выбираем мощность трансформатора, при установке одного трансформатора:

кВА                 (13)

Принимаем однотрансформаторную КТП 1600/10 кВА с силовым трансформатором типа ТМ-1000/10.

Определяем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать в сеть 0,4 кВ через трансформаторы:

Для КТП с двумя трансформаторами:

 квар

Для КТП с одним трансформатором:

 квар

Определяем мощность низковольтных батарей конденсаторов.

Для КТП с двумя трансформаторами:


квар                            (16)

Для КТП с одним трансформатором:

квар                            (17)

Определяем дополнительную мощность низковольтных батарей конденсаторов по условию потерь. Для этого находим расчетный коэффициент γ, зависящий от расчетных параметров Кр1 и Кр2 и схемы питания цеховой ТП, при условии работы предприятия в две смены, используя рис 4.8, 4.9 и табл. 4.6, 4.7.

,

γ = 0,37

Для КТП с двумя трансформаторами:

Для КТП с одним трансформатором:

Определяем суммарную мощность низковольтных батарей конденсаторов:

Для КТП с двумя трансформаторами:

квар                            (20)

Примем к установке 1*УКЛ (П) Н – 0,38 – 432 – 108УЗ

1*УКЛ (П) 0,38 – 300 – 150УЗ

Для КТП с одним трансформатором:

кар           (21)

Примем к установке 1*УКЛ (П) Н – 0,38 – 432 – 108УЗ

1*УКЛ (П) 0,38 – 450 – 150УЗ

Таблица 4 – Данные для расчета потерь в трансформаторах

Параметр Единица измерения ТМН-1000/10 ТМН1600/10

SНОМ

 кВА 1000 1600

DPХХ

 кВт 2,1 2,8

DPК

кВт

IХ

 % 1,4 1,3

ик

 % 5,5 5,5

Для оценки наиболее целесообразного варианта необходимо определить затраты на КТП, по следующим выражениям:

,        (22)

где Е – коэффициент дисконтирования, определяемый в зависимости от ставки рефинансирования, устанавливается ЦБ, равный Е=0,12;

КТП и КНБК – стоимость трансформаторной подстанции и конденсаторных батарей соответственно;

С – стоимость потерь электрической энергии в трансформаторах и батареях конденсаторов, равная 0,6 руб./кВт;

α – суммарные ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание, принимаемые 0,094;

ΔWТР – потери электроэнергии в трансформаторах;

ΔWНБК – потери электроэнергии в НБК.

Для двухтрансформаторной КТП:

Активные потери мощности в трансформаторе

кВт         (23)

Потери электроэнергии в трансформаторе:

ΔWТР=РТР ∙ ТГ = 15,57 ∙ 8760=136393,2 кВт∙год;    (24)

Потери электроэнергии в НБК:

кВт∙год,

где pНБК.уд – удельная величина потерь в НБК, равная 0,003 кВт/квар.

Таблица – 5 Стоимость оборудования

ТМН-1000/10, тыс. руб

ТМН1600/10, тыс. руб.

Таким образом, затраты равны:

тыс. руб. (25)

Аналогичный расчет произведем для однотрансформаторной КТП:

кВт                  (26)


ΔWТР =РТР ∙ ТГ = 17,37 ∙ 8760= 152248,8 кВт∙год            (27)

кВт∙год,

Таким образом, затраты равны:

тыс. руб. (29)

При сравнении двух вариантов очевидно, что затраты на КТП с двумя трансформаторами меньше, чем на КТП с одним трансформатором. Поэтому к установке принимаем двухтрансформаторную КТП с трансформатором ТМ – 1000/10.

Расчет центра электрических нагрузок

При проектировании, с целью определения места расположения цеховой КТП строится картограмма нагрузок. Картограмма представляет собой размещение на генеральном плане цеха окружностей, площадь которых равна в выбранном масштабе расчетным нагрузкам.

Для определения координат ЦЭН на конкретный момент времени, график электрических нагрузок представляют ступенчато, при этом каждая ордината определяется как отношение к максимальной мощности группы электроприемников:

                                          (30)

                                           (31),


где Ki – относительная мощность i-ой группы электроприемников в k-й час суток;

Pi – максимальная мощность i-ой группы электроприемников.

По найденным ЦЭН для каждого часа суток определяется математическое ожидание ЦЭН, среднеквадратическое отклонение и коэффициент корреляции.

                                                        (32)

                                                        (33)

Среднеквадратическое отклонение:

                                        (34)

                                        (35)

Коэффициент корреляции:


В течение суток ЦЭН смещаются по территории охваченной эллипсом, который и характеризует зону рассеяния ЦЭН.

Для того, чтобы построить эллипс зоны рассеяния ЦЭН необходимо определить угол поворота осей эллипса, относительно выбранной системы координат и полуоси эллипса рассеяния ЦЭН.

Угол поворота осей эллипса:

                              (36)

Полуоси эллипса рассеяния центров:

    (37)

   (38)

На основании расчетных значений математического ожидания условного центра нагрузок, координат полуосей и угла поворота осей строится эллипс рассеяния нагрузок. Место расположения источника питания (КТП) выбирается в наиболее удобной его точке. В этом случае высшее напряжение будет максимально приближено к центру потребления электроэнергии, а распределительные сети будут иметь минимальную протяженность. Если по какой-либо причине (технологической, архитектурной и др.) эллипс рассеяния попадает на территорию цеха и нельзя расположить источник питания в зоне рассеяния нагрузок, то его смещают в сторону внешнего источника питания. Данные для построения эллипса приведены в таблице 6.

Расчет радиусов картограммы электрических нагрузок цеха, координат ЦЭН и эллипса рассеяния нагрузок произведен пакетом программ «MathCad 11» фирмы MathSoft и приведен в приложении Г.

Таблица 6 – Данные для построения эллипса рассеяния нагрузок

QX, см

QY, см

σX0

σY0

KK

α, о

 X, см Y, см
10,62 7,25 4,59 3,33 0,72 32,83 12,99 4,9

На основании расчетных данных строится эллипс зоны рассеяния с центром в точке О(10,62; 7,25), углом поворота осей равным 32,83о относительно выбранной системы координат и откладываются рассчитанные значения полуосей эллипса.

3. Выбор двух вариантов распределительной сети

На выбор схемы и конструктивное исполнение цеховой сети оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности электроприемников, режим их работы и размещение на территории цеха.

Цеховые сети промышленного предприятия выполняется на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 0,38 кВ).

При проектировании системы электроснабжения необходимо правильно установить характер среды, которая оказывает решающее влияние на степень защиты применяемого оборудования.

В цеховые сети закладывается большое количество проводникового материала и электрической аппаратуры, поэтому при построении схемы исходят из принципа одинаковой надежности питающих линий со всеми аппаратами и одного электроприемника технологического агрегата.

Нет смысла запитывать один приемник технологического агрегата по двум взаиморезервируемым линиям.

Для схемы электрической сети наиболее целесообразно применение магистральной схемы. Она не требует установки распределительного щита на ТП и электроэнергия распределяется по совершенной схеме блок трансформатор – магистраль, что упрощает и удешевляет сооружение цеховой подстанции. При магистральных схемах выполненных шинопроводами ШМА и ШРА, перемещение технологического оборудования не вызывает переделок сети. Наличие перемычек между магистралями отдельных подстанций обеспечивает надежность электроснабжения при минимальных затратах на резервирование. Присоединение ШМА к РУ КТП производится через присоединительные секции ШМА. Эти секции соединяют с коммутационно-защитной аппаратурой, размещенной в шкафах КТП. Магистральные схемы широко применяются как для питания отдельных электроприемников одного технологического агрегата, так и для питания большого числа сравнительно мелких электроприемников или электроприемников относительно равномерно распределенных по площади цеха.

Радиальные схемы применяются, когда в цехе стационарно установлены относительно мощные электроприемники, не связанные единым технологическим процессом, или удаленные друг от друга на столько, что магистральное питание не целесообразно, или для питания мелких электроприемников.

Сочетание радиальных и магистральных схем применяется, когда электроприемники расположены упорядоченно или мелкие электроприемники запитаны магистрально, а относительно крупные или разбросаны по территории, или расположены в цехах с химически активной или пыльной средой.

В качестве оценки и выбора оптимального варианта системы распределительной сети принимаем два варианта, выполненные по смешанной схеме системы электроснабжения. Главная магистраль выполняется комплектным магистральным шинопроводом типа ШМА, разводка по территории цеха осуществляется радиальными шинопроводами типа ШРА с узлами питания электроприемников, такими как распределительные шкафы и силовые пункты.

Питание осуществляется от цеховой КТП с двумя трансформаторами марки ТМ –1000/10/0,4.

Варианты выполнения схем электроснабжения представлены на рисунке 1 и рисунке 2.

4. Выбор и расчет низковольтной электрической сети

В соответствии с [1] расчет цеховой электрической сети необходимо поводить в два этапа: расчет электрических нагрузок для выбора ШМА производится аналогично расчету для выбора цеховых трансформаторов. Для расчета питающих электроприемники сетей необходима корректировка расчета электрических нагрузок, в методике определения электрических нагрузок для выбора трансформаторов и цеховой сети приведены различные значения Кр.

Для выбора главной магистрали определим рабочий ток:

В качестве шин выбираем два комплектных магистральных шинопроводов с током 2202/2= 1101 А марки ШМА68-НУЗ с номинальным током 1600 А, с поперечным сечением прямой секции 300×160 мм, в соответствии с табл. 7.3.

Для последующих расчетов низковольтной сети необходим перерасчет цеховой электрической нагрузки. Алгоритм расчета аналогичен расчету в пункте 2.1. Результаты расчета электрических нагрузок на втором этапе для вариантов сведены в таблице 6 и таблице 7.

Осветительная нагрузка рассчитывается методом удельной плотности осветительной нагрузки в программе «ZAPUSK». Нагрузка освещения: Росв = 67,716 кВт, Qocв= 22,287 кВар

Таблица 8 – Результаты расчета электрических нагрузок по второму этапу с учетом осветительной нагрузки

№ варианта

РΣ, кВт

QΣ, квар

SΣ, кВА
1 1242,946 1338,9 1826,9
2 1274,616 1378,86 1877,74

По расчётному току для каждой группы ЭП определяем типы ШРА подключаемые к магистральным шинопроводам, рассчитанным в пункте 4.1.

Расчётные токи для ШРА 1 и кабелей силовых пунктов, подключенных к ШМА определяется по формуле:

Таблица 9. Выбор проводников цеховой распределительной сети. Вариант 1

Обозначение на плане

Расчетная нагрузка, Sр, кВА

 Расчетный ток, А Марка
ШМА 1523,65 2202 2хШМА73–1600-НУЗ

ШРА 1

КЛШРА1

 196,84 284,15

ШРА73–400-У3

АСБ-3х120, Iдлдоп=300А

ШРА 2

КЛШРА2

 227,2 327,93

ШРА73–400-У3

АСБ-3х150, Iдлдоп=335 А

ШРА 3

КЛШРА3

 191,953 277,061

ШРА73–400-У3

АСБ-3х120, Iдлдоп=300 А

ШРА 4

КЛШРА4

 440,9 636,5

ШРА73–630-У3

АСБ-3х240,

ШРА 5

КЛШРА5

 124,738 180

ШРА73–250-У3

АСБ-3х50, Iдлдоп=180 А

ШРА 6

КЛШРА6

 101,32 146,24

ШРА73–250-У3

АСБ-3х50, Iдлдоп=180 А

ШРА 7

КЛШРА7

 171,886 248,1

ШРА73–250-У3

АСБ-3х95, Iдлдоп=260 А

сп1

КЛ1

 177,36 256,01

СП62–1/1 (5х60)

АСБ-3х95, Iдлдоп=260 А
ШОС 67,75 97,789 ШОС-100–1У3

Сечения проводников выбирают по условию допустимых длительных токов:

Ip  Iдл.доп,

где Ip – расчетный ток, А.

Таблица 10. Выбор проводников цеховой распределительной сети. Вариант 2

Обозначение на плане

Расчетная нагрузка, Sр, кВА

 Расчетный ток, А Марка
ШМА 1523,65 2202 2хШМА73–1600-НУЗ

ШРА 1

КЛШРА1

 196,84 284,15

ШРА73–400-У3

АСБ-3х120, Iдлдоп=300 А

ШРА 2

КЛШРА2

 227,2 327,93

ШРА73–400-У3

АСБ-3х150, Iдлдоп=335 А

ШРА 3

КЛШРА3

 191,953 277,061

ШРА73–400-У3

АСБ-3х120, Iдлдоп=300 А

ШРА 4

КЛШРА4

 171,886 248,1

ШРА73–250-У3

АСБ-3х95, Iдлдоп=260 А

СП1

КЛ1

 146,9 212,03

СП62–1/1 (5х60)

АСБ-3х70, Iдлдоп=220 А

СП2

КЛ2

 146,2 211,02

СП62–1/1 (5х60)

АСБ-3х70, Iдлдоп=220 А

СП3

КЛ3

 147,8 213,33

СП62–1/1 (5х60)

АСБ-3х70, Iдлдоп=220 А

СП4

КЛ4

 68,61 99,03

СП62–5/1 (8х60)

АСБ-3х25, Iдлдоп=125 А

СП5

КЛ5

 68,81 99,314

СП62–5/1 (8х60)

АСБ-3х25, Iдлдоп=125 А

СП6

КЛ6

 45,053 65,03

СП62–5/1 (8х60)

АСБ-3х10, Iдлдоп=75 А

СП7

КЛ7

 78,39 113,15

СП62–5/1 (8х60)

АСБ-3х95, Iдлдоп=260 А

СП8

КЛ8

 177,36 256,01

СП62–1/1 (5х60)

АСБ-3х95, Iдлдоп=260 А
ШОС 67,75 97,789 ШОС-100–1У3

На основании рассчитанных нагрузок распределительной сети по табл. 7.4.  принимаем комплектные распределительные шинопроводы для сетей с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В с техническими характеристиками: ШРА73–250-У3 – сечением 260х80; ШРА73–400-У3 – сечением 284х95; ШРА73–630-У3 – сечением 284х125, а также силовых пунктов и кабелей.

Номинальные токи станков определяются (например, для круглошлифовальных станков):

 А;

По полученным данным выбираем сечение кабелей типа АСБ с алюминиевыми жилами, свинцовой оболочкой и браней из стальных лент при прокладке в трубах, питающих двигатели станков: s = 16 мм2, Iдоп = 90 А;

Таблица 11 – Выбор марки и сечения кабелей питающих ЭП

Типы ЭП

Р ном, кВт

 cosф Ip, А Сечение, мм Iдлдоп, А
1. Круглошлифовальный 28 0,5 85 3х16 90
2. Токарно – револьверный 18 0,5 54,7 3х6 55
3. Вертикально-сверлильный 30 0,5 91,2 3х25 125
4. Токарный полуавтомат 14 0,5 42,5 3х6 55
5. Горизонтально-проточный 21 0,5 63,8 3х10 75
6. Токарный с ЧПУ 14 0,5 42,5 3х6 55
7. Горизонтально-расточный 12 0,5 36,5 3х4 42
8. Горизонтально-фрезерный 23 0,5 69,8 3х10 75
9. Токарно-винторезный 16 0,5 48,6 3х6 55
10. Радиально-сверлильный 13 0,5 39,5 3х4 42
11. Вертикально-фрезерный 15 0,5 45,5 3х6 55
12. Бесцентро-шлифовальный 44 0,5 133,7 3х35 145
13. Шлифовальный 23 0,5 69,8 3х10 75
14. Горизонтально-шлифовальный 30 0,5 91,2 3х25 125
15. Вертикально-фрезерный 26 0,5 79 3х25 125
16. Радиально-сверлильный 16 0,5 48,6 3х6 55
17. Вентустановка 14 0,8 26,6 3х4 42
18. Токарный с ЧПУ 20 0,5 60,8 3х10 75
19. Токарно – револьверный 24 0,5 72,9 3х10 75
20. Токарный полуавтомат 15 0,8 28,5 3х4 42
21. Плоскошлифовальный 17 0,8 32,2 3х4 42
22. Вертикально-фрезерный 18 0,8 34,1 3х4 42
23. Точильно-фрезерный 30 0,5 91,2 3х25 125
24. Электромаслянная ванна 15 0,9 25,3 3х4 42
25. Нагревательная электропечь 20 0,9 33,7 3х4 42
26. Термическая печь 50 0,9 84,4 3х25 125
27. Электротермическая печь 41 0,9 69,2 3х10 75
28. Электропечь 32 0,9 54,02 3х10 75
29. Вентустановка 18 0,8 34,1 3х4 42
30. Точечные стационарные 120 0,5 364 3х185 380
31. Сварочные стыковые 70 0,5 212,7 3х70 220
32. Сварочные шовные роликовые 60 0,5 182,3 3х50 180
33. Сварочные точечные 90 0,5 273,5 3х120 300
34. Сварочные стационарные 40 0,5 121,5 3х70 220
35. Вентустановка 15 0,8 28,5 3х4 42

5. Выбор защитных коммутационных аппаратов

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений в том числе и силовые сети, когда по условиям технологического процесса или режима их работы могут возникнуть длительные перегрузки.

Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Выбор аппаратов защиты производится с учетом следующих основных требований:

1. Номинальный ток и напряжение аппарата защиты должны соответствовать расчетному длительному току и напряжению электрической цепи. Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей нужно выбирать по возможности меньшими по расчетным токам защищаемых участков сети или про номинальным токам отдельных ЭП в зависимости от места установки аппарата защиты с округлением до ближайшего большего стандартного значения.

2. Время действия аппаратов защиты должно быть по возможности меньшим и должна быть обеспечена селективность действия защиты соответствующим подбором аппаратов защиты и его защитной характеристики.

3. Аппараты защиты не должны отключать установку при перегрузках, возникающих в условиях нормальной эксплуатации, например при рабочих пиках технологических нагрузок, и т.п.

4. Аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение в конце защищаемого участка двух- и трехфазных КЗ при всех видах режима работы нейтралей сетей, а также однофазных КЗ в сетях с глухозаземленной нейтралью.

В курсовом проекте защита шинопроводов и КЛ, питающих РШ выполняется автоматическими выключателями, защита электроприемников осуществляется плавкими вставками предохранителей.

Плавкие предохранители выбирают по условиям:

Iном.вст > Iном.эп

Iном.вст > Iпуск/2,5

где Iном.вст – номинальный ток плавкой вставки, А;

Iном.эп – номинальный ток отдельного ЭП, А;

Iпуск – пусковой ток ЭП, равный:

Iпуск = Кп · Iном.эп;

где Кп – кратность пуска, равная 7.

Выбор предохранителей произведем для двух вариантов.

Рассчитаем предохранители и выберем плавкие вставки на примере для станков 1–6 с Рном1 = 28 кВт и соs j = 0,5

Номинальные токи станков:  А; А;

Пусковые токи двигателей круглошлифовальных станков определяются как Iпуск1 =7Iном1 = 595 А;

Iном.вст > Iном 1, 250 > 85

Iном.вст > Iпуск1/2,5, 250 > 595/2,5=238 А

Выбираем номинальные токи плавких вставок – Iном.вст =250 А, а предохранитель типа ПН-2–600/250

Произведем расчет для других групп станков на напряжение 380 В

В таблицах 12 и 13 приведены номинальные расчетные и пусковые токи для выбора плавких вставок и выбранные марки предохранителей с номинальными токами плавких вставок принятых в соответствии с расчетными номинальными и пусковыми токами соответственно.

Таблица 12. Расчет пусковых токов для выбора плавких предохранителей

Типы ЭП

Р ном, кВт

 cosф Ip, А Iпуск, А Iпуск/2,5, А
1. Круглошлифовальный 28 0,5 85 595 238
2. Токарно-револьверный 18 0,5 54,7 382,9 153,2
3. Вертикально-сверлильный 30 0,5 91,2 638,4 255,4
4. Токарный полуавтомат 14 0,5 42,5 297,5 119
5. Горизонтально-проточный 21 0,5 63,8 446,6 178,6
6. Токарный с ЧПУ 14 0,5 42,5 297,5 119
7. Горизонтально-расточный 12 0,5 36,5 255,5 102,2
8. Горизонтально-фрезерный 23 0,5 69,8 488,6 195,44
9. Токарно-винторезный 16 0,5 48,6 340,2 136,1
10. Радиально-сверлильный 13 0,5 39,5 276,5 110,6
11. Вертикально-фрезерный 15 0,5 45,5 318,5 127,4
12. Бесцентро-шлифовальный 44 0,5 133,7 935,9 374,4
13. Шлифовальный 23 0,5 69,8 488,6 195,44
14. Горизонтально-шлифовальный 30 0,5 91,2 638,4 255,4
15. Вертикально-фрезерный 26 0,5 79 553 221,2
16. Радиально-сверлильный 16 0,5 48,6 340,2 136,1
17. Вентустановка 14 0,8 26,6 186,2 74,4
18. Токарный с ЧПУ 20 0,5 60,8 425,6 170,2
19. Токарно – револьверный 24 0,5 72,9 510,3 204,12
20. Токарный полуавтомат 15 0,8 28,5 403,62 161,5
21. Плоскошлифовальный 17 0,8 32,2 225,4 90,2
22. Вертикально-фрезерный 18 0,8 34,1 238,7 95,5
23. Точильно-фрезерный 30 0,5 91,2 638,4 255,4
24. Электромаслянная ванна 15 0,9 25,3 177,1 70,8
25. Нагревательная электропечь 20 0,9 33,7 235,9 94,4
26. Термическая печь 50 0,9 84,4 590,8 236,32
27. Электротермическая печь 41 0,9 69,2 484,4 193,76
28. Электропечь 32 0,9 54,02 378 151,2
29. Вентустановка 18 0,8 34,1 238,7 95,48
30. Точечные стационарные 120 0,5 364 1820 728
31. Сварочные стыковые 70 0,5 212,7 1063,5 425,4
32. Сварочные шовные роликовые 60 0,5 182,3 911,5 364,6
33. Сварочные точечные 90 0,5 273,5 1367,5 547
34. Сварочные стационарные 40 0,5 121,5 607,5 243
35. Вентустановка 15 0,8 28,5 199,5 79,8

Таблица 13 – Выбор плавких вставок и типа предохранителей

Типы ЭП Тип предохранителя Iпл.вст Ip, А Iпуск/2,5, А
1. Круглошлифовальный ПН-2–400 250 85 238
2. Токарно – револьверный ПН-2–250 150 54,7 153,2
3. Вертикально-сверлильный ПН-2–400 300 91,2 255,4
4. Токарный полуавтомат ПН-2–250 120 42,5 119
5. Горизонтально-проточный ПН-2–250 200 63,8 178,6
6. Токарный с ЧПУ ПН-2–250 120 42,5 119
7. Горизонтально-расточный ПН-2–250 120 36,5 102,2
8. Горизонтально-фрезерный ПН-2–250 200 69,8 195,44
9. Токарно-винторезный ПН-2–250 150 48,6 136,1
10. Радиально-сверлильный ПН-2–250 120 39,5 110,6
11. Вертикально-фрезерный ПН-2–250 150 45,5 127,4
12. Бесцентро-шлифовальный ПН-2–400 400 133,7 374,4
13. Шлифовальный ПН-2–250 200 69,8 195,44
14. Горизонтально-шлифовальный ПН-2–400 300 91,2 255,4
15. Вертикально-фрезерный ПН-2–400 250 79 221,2
16. Радиально-сверлильный ПН-2–250 150 48,6 136,1
17. Вентустановка ПН-2–100 100 26,6 74,4
18. Токарный с ЧПУ ПН-2–250 200 60,8 170,2
19. Токарно – револьверный ПН-2–250 200 72,9 204,12
20. Токарный полуавтомат ПН-2–250 120 28,5 161,5
21. Плоскошлифовальный ПН-2–100 100 32,2 90,2
22. Вертикально-фрезерный ПН-2–100 100 34,1 95,5
23. Точильно-фрезерный ПН-2–400 300 91,2 255,4
24. Электромаслянная ванна ПН-2–100 100 25,3 70,8
25. Нагревательная электропечь ПН-2–100 100 33,7 94,4
26. Термическая печь ПН-2–250 200 84,4 236,32
27. Электротермическая печь ПН-2–250 150 69,2 193,76
28. Электропечь ПН-2–250 120 54,02 151,2
29. Вентустановка ПН-2–100 100 34,1 95,48
30. Точечные стационарные ПН-2–800 800 364 728
31. Сварочные стыковые ПН-2–600 500 212,7 425,4
32. Сварочные шовные роликовые ПН-2–400 400 182,3 364,6
33. Сварочные точечные ПН-2–600 600 273,5 547
34. Сварочные стационарные ПН-2–400 300 121,5 243
35. Вентустановка ПН-2–100 100 28,5 79,8

В соответствии с требованиями автоматические выключатели выбирают по условиям:

Iном. расц > Iр.max и Iср.эл. > (1,25–1,35) Iп


где Iном. расц – номинальный ток расцепителя, А;

Iр.max – наибольший расчетный ток нагрузки, А; Iп – пиковый ток, А

Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, равный

Iср.эл = 10 · Iном. расц,

Iп = Iр + (Кп-1) Iном.max,

где Iном. max – наибольший ток ЭП, А; Iр – расчетный ток группы ЭП, А.

Таблица 14 – Выбор автоматических выключателей. Вариант 1

Обозначение на плане Iр, А Iном. расц/ Iср.эл, А Iп, А Тип выключателя
ШМА 1101 1200/12000 1821 АВМ-20Н
ШРА 1 284,15 400/4000 464,15 АВМ-4С
ШРА 2 327,93 400/4000 591,93 АВМ-4С
ШРА 3 277,061 400/4000 445,1 АВМ-4С
ШРА 4 636,5 600/6000 1356,5 АВМ-10Н
ШРА 5 180 250/2500 360 АВМ-4С
ШРА 6 146,24 150/1500 326,2 АВМ-4С
ШРА 7 248,1 400/4000 548,1 АВМ-4С
сп1 256,01 400/4000 502 АВМ-4С
ШОС 97,789 100/1000 121,8 АВМ-4Н

Таблица 15 – Выбор автоматических выключателей. Вариант 2

Обозначение на плане Iр, А Iном. расц/ Iср.эл, А Iп, А Тип выключателя
ШМА 2202/2 1200/12000 2922 АВМ-20Н
ШРА 1 284,15 400/4000 2922 АВМ-4С
ШРА 2 327,93 400/4000 464,15 АВМ-4С
ШРА 3 277,061 400/4000 591,93 АВМ-4С
ШРА 4 248,1 250/2500 548,1 АВМ-4С
СП1 212,03 250/2500 932,03 АВМ-4С
СП2 211,02 250/2500 631,02 АВМ-4С
СП3 213,33 400/4000 753,3 АВМ-4С
СП4 99,03 120/1200 279 АВМ-4Н
СП5 99,314 120/1200 243,3 АВМ-4Н
СП6 65,03 120/1200 173,03 АВМ-4Н
СП7 113,15 120/1200 293,2 АВМ-4Н
СП8 256,01 400/4000 502,01 АВМ-4С
ШОС 97,789 120/1200 121,8 АВМ-4Н

6. Технико-экономическое сравнение вариантов по приведенным затратам

Для определения экономически оптимального варианта рассчитываются технико-экономические показатели.

Экономическая оценка осуществляется по приведенным затратам:

З = К· 0,12 + Ра · К +Сэ

где Ра – нормы амортизационных отчислений, принимаемые 0,093;

К – суммарные капиталовложения, т. руб.;

Сэ – стоимость потерь электрической энергии, равная

СЭ= С0W,

где С0 – удельная стоимость потерь электроэнергии принимаемая 0,02 руб./ кВтч;

W – годовые потери электроэнергии кВтч, определяемые по средней мощности.

W=РсрТг,

где Тг = 4000 ч., Рср =824,34 кВт

Рассчитаем капиталовложения в проектируемую сеть по вариантам.


Таблица 16 – Капиталовложения в проектируемую сеть для варианта 1

Элемент сети Длина, м / кол-во, шт. Единица измерения стоимости Уд. стоимость К, т. руб.
ШМА73-НУЗ-1600 2х60 руб./м 191 22,92
ШРА73–400-У3 3х66 руб./м 59,2 11,722
ШРА73–630-У3 54 руб./м 85 4,59
ШРА73–250-У3 3х30 руб./м 46,5 4,185
ШОС-100–1У3 60 руб./м 22,5 1,35
АСБ (3х240) 24 тыс. руб./км 6,35 0,152
АСБ (3х185) 40 тыс. руб./км 5,2 0,208
АСБ (3х150) 6 тыс. руб./км 4,37 0,021
АСБ (3х50) 48 тыс. руб./км 2,18 0,105
АСБ (3х35) 90 тыс. руб./км 1,87 0,168
АСБ (3х25) 96 тыс. руб./км 1,65 0,158
АСБ (3х16) 94 тыс. руб./км 1,45 0,136
АСБ (3х10) 274 тыс. руб./км 1,32 0,362
АСБ (3х6) 248 тыс. руб./км 1,22 0,303
АСБ (3х4) 240 тыс. руб./км 1,19 0,286
ПН2–1000 1 руб./шт. 5,77 0,006
ПН2–600 2 руб./шт. 4,21 0,008
ПН2–400 80 руб./шт. 2,21 0,177
ПН2–250 80 руб./шт. 1,39 0,111
ПН2–100 22 руб./шт. 0,88 0,019
АВМ-20Н 1 руб./шт. 250 0,25
АВМ-4С 8 руб./шт. 180 1,26
АВМ-10Н 1 руб./шт. 90 0,09
АВМ-4Н 1 руб./шт. 90 0,09
ШРС1–22УЗ 9 руб./шт. 56 0,504
СП62–1/1 (5х60) 1 руб./шт. 58 0,058
итого 49239

Таким образом годовые затраты на цеховую сеть варианта 1 составляют:

З = 49239· 0,12 + 0,093 · 49239 + 0,02 · (4000 · 824,34) = 76435,12 руб.


Таблица 17 – Капиталовложения в проектируемую сеть для варианта 2

Элемент сети Длина, м / кол-во, шт. Единица измерения стоимости Уд. стоимость К, т. руб.
ШМА73УЗ-1600 2х60 руб./м 191 22,92
ШРА73УЗ-400 3х66 руб./м 59,2 11,722
ШРА73УЗ-250 30 руб./м 46,5 1,395
ШОС-100–1У3 60 руб./м 22,5 1,35
АСБ (3х240) 24 тыс. руб./км 6,35 0,152
АСБ (3х185) 40 тыс. руб./км 5,2 0,208
АСБ (3х150) 18 тыс. руб./км 4,37 0,079
АСБ (3х120) 60 тыс. руб./км 3,87 0,232
АСБ (3х50) 60 тыс. руб./км 2,18 0,131
АСБ (3х35) 90 тыс. руб./км 1,87 0,168
АСБ (3х25) 148 тыс. руб./км 1,65 0,244
АСБ (3х16) 94 тыс. руб./км 1,45 0,136
АСБ (3х10) 263 тыс. руб./км 1,32 0,347
АСБ (3х6) 248 тыс. руб./км 1,22 0,303
АСБ (3х4) 333 тыс. руб./км 1,19 0,4
ПН2–1000 1 руб./шт. 5,77 0,006
ПН2–600 2 руб./шт. 4,21 0,008
ПН2–400 80 руб./шт. 2,21 0,177
ПН2–250 80 руб./шт. 1,39 0,111
ПН2–100 22 руб./шт. 0,88 0,019
АВМ-20Н 1 руб./шт. 250 0,25
АВМ-4С 7 руб./шт. 180 1,26
АВМ-4Н 5 руб./шт. 90 0,45
ШРС1–22УЗ 4 руб./шт. 56 0,224
СП62–1/1 (5х60) 8 руб./шт. 58 0,464
СП62–5/1 (8х60) 3 руб./шт. 63 0,189
итого 43844

Таким образом годовые затраты на цеховую сеть варианта 2 составляют:

З = 43844 · 0,12 + 0,093 · 43844 + 0,02 · (4000 · 824,34) = 75285,972 руб.

На основании технико-экономического сравнения делаем вывод, что приведенные затраты на проектируемую сеть для первого и второго варианта практически равноценны (для первого варианта составляют 76435,12 руб., для второго – 75285,972 руб.), поэтому в качестве оптимального варианта принимаем вариант 1.

7. Расчет токов короткого замыкания для выбранного варианта

Расчет токов КЗ в системе электроснабжения промышленных предприятий производится упрощенным способом с рядом допущений: считают, что трехфазная система является симметричной; не учитывают насыщение магнитных систем, т.е. что индуктивные сопротивления в процессе КЗ не изменяются; принимают, что фазы всех ЭДС источников не изменяются в процессе КЗ; напряжение на шинах источника принимается неизменным, т. к. точки КЗ обычно удалены от источника; апериодическая составляющая тока КЗ не подсчитывается, т. к. длительность короткого замыкания в удаленных точках не превышает 0,15 с. Ток КЗ для выбора и проверки сечений токоведущих частей и аппаратов рассчитывается при нормальном режиме работы ЭП.

По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки КЗ.

Расчетная схема

Рисунок 3


Таблица 18 – Исходные данные для расчета ТКЗ

Элемент сети Ip, А L, м Сечение, мм

rуд, мОм/м

xуд, мОм/м
ШМА 2202

2х60

6

300х160

3х240

0,031

0,129

0,017

0,0587

ШРА 1

КЛШРА1

 284,15

66

6

284х95

3х120

0,1

0,258

0,13

0,06

ШРА 2

КЛШРА2

 327,93

66

6

284х95

3х150

0,1

0,206

0,13

0,06

ШРА 3

КЛШРА3

 277,061

66

6

284х95

3х120

0,1

0,258

0,13

0,06

ШРА 4

КЛШРА4

 636,5

66

6

284х125

3х240

0,09

0,129

0,085

0,077

ШРА 5

КЛШРА5

 180

30

6

260х80

3х50

0,2

0,62

0,145

0,062

ШРА 6

КЛШРА6

 146,24

30

6

260х80

3х50

0,2

0,62

0,145

0,062

ШРА 7

КЛШРА7

 248,1

30

6

260х80

3х95

0,2

0,326

0,145

0,194

сп1

КЛ1

 256,01 10

-

3х95

-

0,326

-

0,194

Схема замещения для определения ТКЗ в точках к, к0 и к1

Рисунок 5

Определяем сопротивление системы:

хС= Uср2/Sкз= 0,382/200=0,72 мОм

Полное сопротивление силового трансформатора:


zTP= uK Uнн2/Sном.тр = 5,5∙0,382∙104/1000=7,94 мОм

Активное сопротивление СТ

Индуктивное сопротивление СТ

Определяем активные и индуктивные сопротивления элементов сети:

r = L · rуд, мОм и x = L · xуд, мОм

Сопротивление автоматического выключателя QF1

Храсц=0,094 мОм; rрасц=0,12 мОм; rконт=0,25 мОм.

Сопротивление QF2= QF3

Храсц=0,55 мОм; rрасц=0,74мОм; rконт=0,65 мОм.

Сопротивление шин КТП: Rшктп=0,1, Xшктп=0,06

Сопротивление ШМА: Хшма=Хо·lшма= 0,017·60 = 1,02 мОм

rшма=r0·lшма= 0,031·60 = 1,86 мОм

rф-о=0,072 мОм/м, rф-о=0,072·60=4,32 мОм

Хф-о=0,098 мОм/м, Хф-о = 0,098·60=5,88 мОм

Сопротивление ШРА1: Хшра=Хо · lшра= 0,13 · 66 =8,58 мОм

rшра= r0 · lшра= 0,1· 66= 6,6 мОм

Сопротивление кабеля к ШРА1: Хкл=0,06·6 = 0,36 мОм

rкл=0,258·6 = 1,548 мОм

rф-о=1,25 мОм/м, rф-о=1,25·6=7,5 мОм

Хф-о=0,0622 мОм/м, Хф-о = 0,0622·6=0,373 мОм

Определяем токи 3х-фазного К3 в указанных точках.

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К

r1Σ = rТР + rQ1 + rшктп+ rконт = 1,734 +0,12 +0,1+0,25=2,204 мОм

х1Σ = хс +хТР + хQ1 +хшктп = 0,72+7,74+0,094+0,06=8,614 мОм

= 8,891 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Ток трехфазного КЗ при учете переходного сопротивления в месте КЗ

r΄1Σ = r1Σ + rперех= 2,204 + 15 =17,204 мОм

 мОм

I(3)к1 =380/1,73·19,37=11,33 кА

Точка К0

Суммарное сопротивление цепи до точки К0

r2Σ = r1Σ + rQ2 + rконт+ rшма +rперех= 2,204+0,74 +0,65 +1,86 +20=25,454 мОм

х2Σ = х1Σ + хQ2 + хшма = 8,614+0,55+1,02 +1,06=11,244 мОм

= 27,83 мОм

Ток трехфазного КЗ

 кА


Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r3Σ = r2Σ + rQ3 + rконт+ + rшра +rкл = 25,454+0,74 +0,65 +6,6 +1,548=34,992 мОм

х3Σ = х2Σ + хQ3 + хшра+хкл= 11,244+0,55+8,58 +0,36=20,734 мОм

= 40,67 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Аналогично проводится расчет и для других точек расчетной схемы.

Результаты расчета сведены в таблицу 19.

Для расчета однофазного кз при наличии ШМА учитывается сопротивление петли фаза-нуль, тогда

Iк= Uн / (Zп+ Zтр/3),

где Zп –полное сопротивление петли фаза-нуль,

Zтр= Zтр1 +Zтр2 + Zтр0 – сопротивление трансформатора, учитывающее прямую, обратную и нулевую последовательность.

Система: Х1с = 0,72 мОм; Х2с = Х1с

СТ: Х1тр = Х2тр = 7,74 мОм; Х0тр = Х1тр – для данной схемы соединения обмоток СТ

Для остальных элементов Х1 = Х2 = Х0; r1 = r2 = r0

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К1

r1Σ = 3rТР +3 rQ1 +3 rшктп= 3·2,204 =6,612 мОм

х1Σ =2 хс +3хТР + 3хQ1+3 хшктп = 2 ·0,72+3·8,614 =27,282 мОм

= 28,072 мОм

Ток однофазногого КЗ при металлическом КЗ

 кА

Ток при учете переходного сопротивления дуги в месте КЗ

r΄1Σ = 3r1Σ= 3 (2,204 +15)=51,612

 кА

Точка К0

Суммарное полное сопротивление петли фаза-нуль т. к. есть ШМА

r2п = r Q1 + rшктп+ rQ2 + rшмаф-0+ rперех = 0,12+0,1+0,74+4,32+20 =25,28 мОм

х2п = х Q1 + хшктп+ хQ2 + хшмаф-0= 0,094+0,06+0,55+5,88=6,584 мОм

= 26,123мОм

 кА

Точка К1

r3п = r2п + rшраф-0+rклф-0 = 25,28+66·0,1+ 7,5 =39,38 мОм

х3п = х2п + хшраф-0+хклф-0 = 6,584+66·0,129+0,373 =15,471 мОм

= 42,31мОм

 кА


Аналогично проводится расчет и для других точек расчетной схемы.

Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках с одним источником энергии рассчитывается по формуле:

где , Та = х1/  r1,

где  – круговая частота, равная 314.

Ударный ток КЗ для шин КТП:

где

 кА < 70 кА

Результаты расчетов токов КЗ сведем в таблицу 19.

Таблица 19 – Результаты расчетов 1-но и 3-х фазных токов КЗ

Точка КЗ

I(3), кА

I(3), кА с учетом rперех

I(1), кА

I(1), кА с учетом rперех

Iуд, кА
К Шины КТП 24,67 11,33 24,65 18,39 50,512
К0 ШМА 13,63 7,88 18,39 6,44 28,21
К1 ШРА1 12,32 5,65 5,52 3,61 17,516
К2 ШРА 2 12,32 5,65 5,52 3,61 17,516
К3 ШРА 3 6,004 4,122 8,119 5,635 8,536
К4 ШРА 4 7,158 3,614 9,05 3,844 10,33
К5 ШРА 5 6,2 4,137 5,574 4,39 7,815
К6 ШРА 6 6,235 4,147 5,907 4,434 7,834
К7 ШРА 7 6,411 4,253 6,028 4,549 8,071
К8 СП1 8,182 4,944 6,253 4,531 11,577

Расчет токов трехфазных КЗ в других точках расчетной схемы произведен с помощью программы «Маthсаd».

8. Проверка выбранных сечений проводников и защитных аппаратов

Для оценки правильности выбора сечений проводников необходимо провести проверку выбранных кабельных линий и шинопроводов.

Выбранные по длительному току и согласованные с током защиты аппаратов сечения внутрицеховых электрических сетей должны быть проверены на потерю напряжения. Нормированных значений для потери напряжения не установлено.

Однако, зная напряжение на шинах источника питания и подсчитав потери напряжения в сети, определяют напряжение у потребителя.

Проверка КЛ шинопроводов осуществляется по потери напряжения:

ΔU= (1.73·Ip·L·100/Uном) · (rуд · cosφ + xуд · sinφ)

где cosφ и sinφ – принимается средневзвешенное значение коэффициента мощности, представленные в таблице 4 и 5 по результатам расчета электрических нагрузок для распределительной цеховой сети.

L – длина линии, м; Ip – расчетный ток в линии, А;

Допустимая потеря напряжения ΔUдоп.= +5%;

Условие проверки на потерю напряжения:

ΔU < ΔUдоп.

Произведем расчет потерь напряжения и сведем в таблицу 20.

Кабельные линии, питающие непосредственно ЭП проверяются на потерю напряжения (ΔU%) в зависимости от номинального коэффициента мощности (сosф) и выбранного сечения кабеля (S, мм2) следующим способом:

ΔU%= е · Ip · L· 10-3,

где е – удельные потери напряжения в трехфазной кабельной линии напряжением 380 В, %/ кВт · км;

Ip – ток в линии, А;

L – длина кабеля, питающего ЭП, м.

Правилами устройства электроустановок установлена допустимая потеря напряжения линий силовых электроприемников + 5%.

Таблица 20. Данные для расчета потерь напряжения в элементах распределительной сети варианта 1

Элемент сети Ip, А L, м

cosφср.взв/

sinφ

 Сечение, мм

rуд, мОм/м

xуд, мОм/м

 ΔU, %
ШМА 1101

60

6

 0,5 / 0,866

300х160

3х240

0,031

0,129

0,017

0,0587

0,86

0,87

ШРА 1

КЛШРА1

 284,15

66

6

 0,5 / 0,866

284х95

3х120

0,1

0,258

0,13

0,06

1,32

0,392

ШРА 2

КЛШРА2

 327,93

66

6

 0,5 / 0,866

284х95

3х150

0,1

0,206

0,13

0,06

1,52

0,367

ШРА 3

КЛШРА3

 277,061

66

6

 0,5 / 0,866

284х95

3х120

0,1

0,258

0,13

0,06

1,286

0,2

ШРА 4

КЛШРА4

 636,5

66

6

 0,494/0,869

284х125

3х240

0,09

0,129

0,085

0,077

1,242

0,51

ШРА 5

КЛШРА5

 180

30

6

 0,652/0,758

260х80

3х50

0,2

0,62

0,145

0,062

1,99

0,526

ШРА 6

КЛШРА6

 146,24

30

6

 0,672/0,741

260х80

3х50

0,2

0,62

0,145

0,062

0,565

0,427

ШРА 7

КЛШРА7

 248,1

30

6

 0,9/0,433

260х80

3х95

0,2

0,326

0,145

0,194

0,782

0,412

сп1

КЛ1

 256,01 10 0,5 / 0,866

-

3х95

-

0,326

-

0,194

-

0,425

Удельные потери напряжения в трехфазной кабельной линии определяются по таблицам 5, 6 [7].

Таблица 21. Данные для расчета потерь напряжения в КЛ питающих ЭП

№ по плану ЭП, питающих КЛ: Ip, А сosф

S, мм2

 L, м е, %/кВт· км ΔU, %
1–6 85 0,5 3х16 5 1,42 0,6
59–65 85 0,5 3х16 8 1,42 0,965
7–11 54,7 0,5 3х6 5 3,75 1,025
87–91 54,7 0,5 3х6 8 3,75 1,641
12–16 91,2 0,5 3х25 4 0,933 0,34
17–22 42,5 0,5 3х6 4 3,75 0,637
23–27 63,8 0,5 3х10 6 2,27 0,869
114–115 63,8 0,5 3х10 10 2,27 1,448
28–36 42,5 0,5 3х6 10 3,75 0,637
37–40 36,5 0,5 3х4 9 5,61 1,84
85,86 36,5 0,5 3х4 4 5,61 0,819
41–53 69,8 0,5 3х10 3 2,27 0,475
54–58, 92–94 48,6 0,5 3х6 4 3,75 0,729
66–73 39,5 0,5 3х4 6 5,61 1,33
74–76 45,5 0,5 3х6 4 3,75 0,683
77–84 133,7 0,5 3х35 10 0,632 0,844
95–100 69,8 0,5 3х10 8 2,27 1,268
101, 102 91,2 0,5 3х25 15 0,933 1,276
103–105 79 0,5 3х25 12 0,933 0,884
106,107 48,6 0,5 3х6 6 3,75 1,094
108, 109, 129 26,6 0,8 3х4 10 5,61 1,492
110, 111 60,8 0,5 3х10 15 2,27 2,07
112, 113 72,9 0,5 3х10 18 2,27 2,97
116–118 28,5 0,8 3х4 18 5,61 2,88
119, 120 32,2 0,8 3х4 12 5,61 2,17
121–123 34,1 0,8 3х4 10 5,61 1,91
124–128 91,2 0,5 3х25 10 0,933 0,85
130, 131 25,3 0,9 3х4 6 5,61 0,852
132–134 33,7 0,9 3х4 15 5,61 2,84
135–136 84,4 0,9 3х25 8 0,933 0,629
137 69,2 0,9 3х10 18 2,27 2,82
138–141 54,02 0,9 3х10 18 2,27 2,207
142 34,1 0,8 3х4 11 5,61 2,1
143–146 364 0,5 3х185 10 0,16 0,582
147–151 212,7 0,5 3х70 12 0,363 0,926
152–155 182,3 0,5 3х50 15 0,487 1,33
156–158 273,5 0,5 3х120 18 0,23 1,132
159–161 121,5 0,5 3х70 15 0,363 0,662
162–164 28,5 0,8 3х4 12 5,61 1,92

Так как ΔU во всех элементах сети меньше ΔUдоп = +5%, то для всех КЛ и шинопроводов условие по потере напряжения соблюдается.

Шинопроводы проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

iуд< iуд.доп,

где iуд.доп – допустимая электродинамическая стойкость, кА.

Таблица 22. Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость

Шинопровод

iуд, кА

i уддоп, кА

 Условие проверки
ШРА1 73–400-У3 17,516 25

iуд< iуд.доп,
ШРА2 73–400-У3 17,516 25

iуд< iуд.доп,
ШРА3 73–400-У3 8,536 25

iуд< iуд.доп,
ШРА4 73–630-У3 7,33 35

iуд< iуд.доп,
ШРА5 73–250-У3 8,815 15

iуд< iуд.доп,
ШРА673–250-У3 8,834 15

iуд< iуд.доп,
ШРА7 73–250-У3 9,071 15

iуд< iуд.доп,
ШМА68-НУЗ-1600 50,51 70

iуд< iуд.доп,

Так как ударный ток шинопроводов меньше амплитудного значения электродинамической стойкости табл. 7.3. и 7.4. [2], то условие на электродинамическую стойкость соблюдается.

Выбранные аппараты защиты необходимо проверять во-первых по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети, во-вторых по чувствительности к токам КЗ.

1. Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети осуществляется по условию:

Iном.расц < 1,5 · Iдл.доп,

где Iном.расц – номинальный ток расцепителя, А;

Iдл.доп – длительно допустимый ток элемента сети, А.

Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети для выбранного варианта представлены в таблице 23.

Таблица 23. Проверка автоматических выключателей по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети

Элемент сети Тип выключателя Iдл.доп, А Iном. расц, А

Iном.расц < 1,5 · Iдл.доп
ШМА АВМ-20Н 1600 1200 1200 < 2400
ШРА1 АВМ-4С 400 400 400 < 600
ШРА2 АВМ-4С 400 400 400 < 600
ШРА3 АВМ-4С 400 400 400 < 600
ШРА4 АВМ-10Н 630 600 600 < 945
ШРА5 АВМ-4С 250 250 100 < 375
ШРА6 АВМ-4С 250 150 120 < 375
ШРА7 АВМ-4С 250 400 100 < 375
СП1 АВМ-4С 260 400 100 < 390
ШОС АВМ-4Н 100 100 100 < 150

В соответствии с приведенными условиями все автоматические выключатели по согласованию тепловых расцепителей соответствуют выбранным сечениям элементов сети.

2. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию:

I(1)кзmin > 1,25 · Iср.эл,

где I(1)кзmin – минимальный ток однофазного КЗ, А;

Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, определяется по паспортным данным в зависимости от пределов регулирования времени срабатывания, Iср.эл= 10 · Iном. расц, А.

Таблица 24. Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сети Тип выключателя

I(1)кзmin, А

 Iср.эл, А

I(1)кзmin > 1,25 · Iср.эл,
ШМА АВМ-20Н 18390 12000 18390> 18000
ШРА1 АВМ-4С 5520 4000 5520> 5000
ШРА2 АВМ-4С 5520 4000 5520> 5000
ШРА3 АВМ-4С 8119 4000 8119> 5000
ШРА4 АВМ-10Н 9050 6000 9050 > 9000
ШРА5 АВМ-4С 5574 2500 5574 >3750
ШРА6 АВМ-4С 5907 1500 5907> 2250
ШРА7 АВМ-4С 6028 4000 6028 > 5000
СП1 АВМ-4С 6253 4000 6253 > 5000
ШОС АВМ-4Н 1500 1000

1500 > 1500

Таким образом, выбранные автоматические выключатели чувствительны к расчетным токам короткого замыкания.

1. Проверка по согласованию выбранной вставки с сечением выбранного кабеля осуществляется по условию:

I в < 3 · Iдл.доп,

где I в – номинальный ток плавкой вставкой, А;

Iдл.доп – длительно допустимый ток ка, А.

Соответствие плавких вставок предохранителей по согласованию с сечениями выбранных кабелей, питающих электроприемники, представлены в табл. 25.

Таблица 25. Проверка плавких вставок предохранителей

Типы ЭП Тип предохранителя Iпл.вст Iдлдоп, А

I в < 3 · Iдл.доп
1. Круглошлифовальный ПН-2–400 250 90 250 < 270
2. Токарно – револьверный ПН-2–250 150 55 150 < 165
3. Вертикально-сверлильный ПН-2–400 300 125 300< 375
4. Токарный полуавтомат ПН-2–250 120 55 120< 165
5. Горизонтально-проточный ПН-2–250 200 75 200< 225
6. Токарный с ЧПУ ПН-2–250 120 55 120 < 165
7. Горизонтально-расточный ПН-2–250 120 42 120 < 126
8. Горизонтально-фрезерный ПН-2–250 200 75 200< 225
9. Токарно-винторезный ПН-2–250 150 55 150< 165
10. Радиально-сверлильный ПН-2–250 120 42 120 <126
11. Вертикально-фрезерный ПН-2–250 150 55 150 < 165
12. Бесцентро-шлифовальный ПН-2–400 400 145 400 < 435
13. Шлифовальный ПН-2–250 200 75 200 < 225
14. Горизонтально-шлифовальный ПН-2–400 300 125 300 < 375
15. Вертикально-фрезерный ПН-2–400 250 125 250 < 375
16. Радиально-сверлильный ПН-2–250 150 55 150 < 165
17. Вентустановка ПН-2–100 100 42 100< 126
18. Токарный с ЧПУ ПН-2–250 200 75 200 <225
19. Токарно – револьверный ПН-2–250 200 75d> 200 <225
20. Токарный полуавтомат ПН-2–250 120 42 200< 126
21. Плоскошлифовальный ПН-2–100 100 42 100< 126
22. Вертикально-фрезерный ПН-2–100 100 42 100< 126
23. Точильно-фрезерный ПН-2–400 300 125 300 <375
24. Электромаслянная ванна ПН-2–100 100 42 100 <126
25. Нагревательная электропечь ПН-2–100 100 42 100 < 126
26. Термическая печь ПН-2–250 200 75 200 < 225
27. Электротермическая печь ПН-2–250 150 55 150< 165
28. Электропечь ПН-2–250 120 42 120 <126
29. Вентустановка ПН-2–100 100 55 100 < 165
30. Точечные стационарные ПН-2–800 800 380 800 < 1140
31. Сварочные стыковые ПН-2–600 500 220 500 <660
32. Сварочные шовные роликовые ПН-2–400 400 180 400 <540
33. Сварочные точечные ПН-2–600 600 300 600 <900
34. Сварочные стационарные ПН-2–400 300 220 300 < 660
35. Вентустановка ПН-2–100 100 42 100 < 126

Следовательно, выбранные предохранители соответствуют условию проверки и выбраны верно.

9. Построение карты селективности

Карта селективности строится в логарифмическом масштабе: по оси абсцисс откладываются токи – расчетные, пиковые и кз; по оси ординат – времена продолжительности пиковых токов и времена срабатывания защит по защитным характеристикам. Схема питания ЭД представлена на рис. 4. Проверим выбранную коммутационную аппаратуру по условию селективности.

Исходная схема для расчета токов КЗ

Рисунок 6

Схема замещения для определения ТКЗ в точках к, к0 и к1.


Рисунок 7

Определяем сопротивление системы:

хС= Uср2/Sкз= 0,382/200=0,72 мОм

Полное сопротивление силового трансформатора:

zTP= uK Uнн2/Sном.тр = 5,5∙0,382∙104/1000=7,94 мОм

Активное сопротивление СТ

Индуктивное сопротивление СТ

Определяем активные и индуктивные сопротивления элементов сети:

r = L · rуд, мОм и x = L · xуд, мОм

Сопротивление автоматического выключателя QF1

Храсц=0,094 мОм; rрасц=0,12 мОм; rконт=0,25 мОм.

Сопротивление QF2= QF3

Храсц=0,55 мОм; rрасц=0,74мОм; rконт=0,65 мОм.

Сопротивление шин КТП: Rшктп=0,1, Xшктп=0,06

Сопротивление ШМА: Хшма=Хо·lшма= 0,017·60 = 1,02 мОм

rшма=r0·lшма= 0,031·60 = 1,86 мОм

rф-о=0,072 мОм/м, rф-о=0,072·60=4,32 мОм

Хф-о=0,098 мОм/м, Хф-о = 0,098·60=5,88 мОм

Сопротивление ШРА1: Хшра=Хо · lшра= 0,13 · 66 =8,58 мОм

rшра= r0 · lшра= 0,1· 66= 6,6 мОм

Сопротивление кабеля к ШРА1: Хкл=0,06·6 = 0,36 мОм

rкл=0,258·6 = 1,548 мОм

rф-о=1,25 мОм/м, rф-о=1,25·6=7,5 мОм

Хф-о=0,0622 мОм/м, Хф-о = 0,0622·6=0,373 мОм

Сопротивление кабеля 1 к ЭП: r0=0,206 мОм/м Х0=0,0596 мОм/м

Хкл=0,0596·5 = 0,3 мОм

rкл=0,206·5 = 1,03 мОм

Определим токи 3х-фазного К3 в указанных точках.

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К

r1Σ = rТР + rQ1 + rшктп+ rконт = 1,734 +0,12 +0,1+0,25=2,204 мОм

х1Σ = хс +хТР + хQ1 +хшктп = 0,72+7,74+0,094+0,06=8,614 мОм

= 8,891 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Ток трехфазного КЗ при учете переходного сопротивления в месте КЗ

r΄1Σ = r1Σ + rперех= 2,204 + 15 =17,204 мОм

 мОм

I(3)к1 =380/1,73·19,37=11,33 кА

Точка К0

Суммарное сопротивление цепи до точки К0

r2Σ = r1Σ + rQ2 + rконт+ rшма +rперех= 2,204+0,74 +0,65 +1,86 +20=25,454 мОм

х2Σ = х1Σ + хQ2 + хшма = 8,614+0,55+1,02 +1,06=11,244 мОм

= 27,83 мОм

Ток трехфазного КЗ

 кА

Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r3Σ = r2Σ + rQ3 + rконт+ rшра +rкл = 25,454+0,74 +0,65 +6,6 +1,548=34,992 мОм

х3Σ = х2Σ + хQ3 + хшра+хкл= 11,244+0,55+8,58 +0,36=20,734 мОм

= 40,67 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r4Σ = r΄3Σ + rклэп + rконт+ rперех = 14,992+1,03 +1,1 +25=42,122 мОм

где r΄3Σ= r3Σ – rперехК3=34,992–20=14,992 мОм

х4Σ = х3Σ + хклэп+ хконт= 20,734+0,3+0,5=21,534 мОм

= 47,31 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Расчет токов 1 – но фазного КЗ

Для расчета однофазного кз при наличии ШМА учитывается сопротивление петли фаза-нуль, тогда

Iк= Uн / (Zп+ Zтр/3),

где Zп –полное сопротивление петли фаза-нуль,

Zтр= Zтр1 +Zтр2 + Zтр0 – сопротивление трансформатора, учитывающее прямую, обратную и нулевую последовательность.

Система: Х1с = 0,72 мОм; Х2с = Х1с

СТ: Х1тр = Х2тр = 7,74 мОм; Х0тр = Х1тр – для данной схемы соединения обмоток СТ

Для остальных элементов Х1 = Х2 = Х0; r1 = r2 = r0

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К1

r1Σ = 3rТР +3 rQ1 +3 rшктп= 3·2,204 =6,612 мОм

х1Σ =2 хс +3хТР + 3хQ1+3 хшктп = 2 ·0,72+3·8,614 =27,282 мОм

= 28,072 мОм

Ток однофазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Ток при учете переходного сопротивления дуги в месте КЗ

r΄1Σ = 3r1Σ= 3 (2,204 +15)=51,612

 кА

Точка К0

Суммарное полное сопротивление петли фаза-нуль т. к. есть ШМА

r2п = r Q1 + rшктп+ rQ2 + rшмаф-0+ rперех = 0,12+0,1+0,74+4,32+20 =25,28 мОм

х2п = х Q1 + хшктп+ хQ2 + хшмаф-0= 0,094+0,06+0,55+5,88=6,584 мОм

= 26,123мОм

 кА

Точка К1

r3п = r2п + rшраф-0+rклф-0 = 25,28+66·0,1+ 7,5 =39,38 мОм

х3п = х2п + хшраф-0+хклф-0 = 6,584+66·0,129+0,373 =15,471 мОм

= 42,31 мОм

 кА

Точка К2

r4п = r3п + rконт+rклэпф-0+ rперех = 39,28+1,1+ 1,3+1,25+ 10=52,93 мОм

х4п = х3п + хконт+хклэпф-0 = 15,471+0,5+0,3 =16,271 мОм

Так как в качестве нулевой жилы кабеля используется труба, то сопротивление трубы определим по формуле

 мОм

= 55,374 мОм

 кА


Потери напряжения определяют по выражению:

Таблица 26. Проверка выбранных шинопроводов по потере напряжения

Элемент сети Ip, А L, м

cosφср.взв/sinφ

 Сечение, мм

rуд, мОм/м

xуд, мОм/м

 ΔU, %
ШМА 1101

60

6

 0,5 / 0,866

300х160

3х240

0,031

0,129

0,017

0,0587

0,86

0,87

ШРА 1

КЛШРА1

 284,15

66

6

 0,5 / 0,866

284х95

3х120

0,1

0,258

0,13

0,06

1,32

0,392

Комплектные шинопроводы проверяют на электродинамическую стойкость по условию:

iуд < iуд доп

где – iуд доп = 70 кА

Ударный ток КЗ для ШМА:

где

 кА < 70 кА


Таблица 27. Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость

Шинопровод

iуд, кА

i уддоп, кА

 Условие проверки
ШРА1 73–400-У3 17,516 25

iуд< iуд.доп,
ШМА73УЗ-1600 50,51 70

iуд< iуд.доп,

Следовательно, выбранные шинопроводы соответствуют условиям проверки.

Для осуществления проверки по согласованию ШМА с защитой, т.е. с QF2 и ШРА с защитой, т.е. с QF3 необходимо выбрать этот автомат. Выбираем автомат типа АВМ-20Н с номинальным током расцепителя 1200 А. Номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузки выбирается по расчетному току защищаемой линии В соответствии с требованиями автоматические выключатели проверяется по условиям:

Iном. расц > Iр.max и Iср.эл. > (1,25–1,35) Iп

где Iном. расц – номинальный ток расцепителя, А;

Iр.max – наибольший расчетный ток нагрузки, А; Iп – пиковый ток, А

Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, равный

Iср.эл = 10 · Iном. расц,

Iп = Iр + (Кп-1) Iном.max,

где Iном. max – наибольший из токов группы ЭП, А;

Iр – расчетный ток группы ЭП, А.

Iнрасц ≥ Iр 1200 ≥ 1101 А

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя проверяется по максимальному кратковременному току ШМА.

Iср.эл ≥ Iпик·k где k = 1,25

Iпик рассчитывается при пуске двигателя и нормальной работе остальных потребителей

= 1101+(7–1) 85=1611 А

Для ШРА: = 284,15+(7–1) 85=794,15 А

Проверяем электромагнитный расцепитель по паспортным данным его тока срабатывания

Iср.эл = 10Iн.расц = 12000 А

Iср.эл = 10Iн.расц =4000 А

Проверяем по условию 12000>1821·1,25=2276,3 А – выполняется.

Для ШРА: 4000>794,15·1,25=992,69 А – выполняется.

Таблица 28. Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сети Тип выключателя

I(1)кзmin, А

 Iср.эл, А

I(1)кзmin > 1,25 · Iср.эл,
ШМА АВМ-20Н 18390 12000 18390> 18000
ШРА1 АВМ-4С 5520 4000 5520> 5000

Проверяем по согласованию теплового расцепителя с сечением ШМА Iн расц ≤ 1,5Iдл.доп

Таблица 29. Проверка автоматических выключателей по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети

Элемент сети Тип выключателя Iдл.доп, А Iном. расц, А

Iном.расц < 1,5 · Iдл.доп
ШМА АВМ-20Н 1600 1200 1200 < 2400
ШРА1 АВМ-4С 400 400 400 < 600

Для защиты ответвлений к одиночным двигателям при редких и легких пусках выбираем предохранитель серии ПН-2

 А,

Выбираем вставку с IВ=250 А, IНОМ = 400 А.

Проверяем согласование выбранной вставки с сечением кабеля 3х16 IВ≤3·IДЛ.ДОП 250≤3·90=270 А – условие соблюдается

Проверяем предохранитель по чувствительности к КЗ

3465>3·250=600 А – условие соблюдается, следовательно предохранитель выбран верно.

Построим карту селективности по следующим данным:

Iном ЭП=85 А, Iрасч ШМА=1101 А, Iпик ШМА=1611 А, I(1)к = 18,39 кА, I(1)к0 = 6,44 кА

I(1)к1 = 4,366 кА, I(1)к2 =3,465 кА, Iпуск ЭП=595 А

Карта селективности

Рисунок 8: 1 – номинальный ток двигателя; 2 – пусковой ток двигателя; 3 и 4 – расчетный и пиковый токи ШМА; 5, 6, 7,8 – токи КЗ в точках К1, К2 и К4; 9 – характеристика автомата с расцепителем 400 А, 10 – характеристика автомата с расцепителем 1200 А, 11 – характеристика плавкой вставки 250 А предохранителя

При токах КЗ в точках к1 и к0 защита должна работать селективно с необходимым интервалом времени при отказе защиты нижней ступени. При защите предохранителями автомат у трансформатора может иметь независимую выдержку времени не более 0,25 с.

10. Описание работы АВР на напряжение 0,4 кВ

Если предприятие питается от энергосистемы двумя независимыми линиями, то на всех ступенях системы электроснабжения предприятия (на ГПП, в распределительной сети ВН, на цеховых подстанциях, в цеховых сетях) при отключении основного питания предусматривают автоматическое переключение на соседние работающие независимые источники (на другой трансформатор двухтрансформаторной подстанции, на соседние подстанции и т.п.).

Необходимый для такого переключения запас мощности или пропускной способности отдельных элементов системы электроснабжения называют скрытым (неявным) резервом.

Автоматическое включение резерва происходит срабатывания защиты минимального напряжения и отключение этой защитой основного питания. Во избежание одновременного срабатывания устройств АВР различных ступеней системы электроснабжения выдержка времени защиты минимального напряжения низших ступеней отстраивается от времени срабатывания аналогичной защиты высших ступеней, т.е.

 

tС (i+1)  tС i+ tотс,

где. tС i – время срабатывания защиты минимального напряжения, используемой в качестве пускового органа АВР на i – й ступени системы электроснабжения, tС (i+1) – время срабатывания аналогичной защиты на следующей (по удалению источника питания) ступени системы электроснабжения, tотс – время отстройки принимаемое в пределах от 0,5 др 0,7 с.

Устройства АВР реализуют на электромеханических и электронных реле, а также в сети 0,4 кв на механических устройствах ручных пружинных приводов автоматических выключателей НН.

Основными требованием, предъявляемым у устройствам АВР, является однократность действия, т.е. исключение повторного срабатывания при неуспешном АВР.

Устройства АВР выпускают виде стандартных комплектов, и поэтому разработка схем АВР во время проектирования системы электроснабжения предприятий не требуется

Выбор устройств АВР производится с учетом требований к степени бесперебойности электроснабжения приемников и к допустимой длительности перерыва в электроснабжении, типа выключателя и привода, для включения которых предусмотрено устройство АВР, и ожидаемого экономического эффекта от повышения надежности электроснабжения. АВР применяют только в тех случаях, когда параллельная работа независимых источников питания невозможна или экономически нецелесообразна.

Заключение

В представленном курсовом проекте спроектирована и рассчитана система электроснабжения механического цеха.

В проекте произведены расчеты электрических нагрузок для выбора трансформаторов КТП (на первом этапе), расчеты электрических нагрузок для выбора цеховой сети (на втором этапе).

Выбор числа и мощности трансформаторов КТП осуществлялся в соответствии с расчетами с учетом компенсации реактивной мощности при сравнении затрат на установку одного и двух трансформаторов и расчета мощности компенсирующих устройств. На основании сравнения затрат на ЦТП выбран вариант КТП с двумя трансформаторами ТМ-1000/10.

Оценка выбора оптимального варианта цехового электроснабжения осуществлялась по приведенным затратам на проектируемую сеть после выбора сечений проводников сети, коммутационной аппаратура.

В курсовом проекте производится расчет токов короткого замыкания. По току КЗ проверяются сечения элементов сети и защитная коммутационная аппаратура.

Основными критериями при проектировании являются техническая применимость и экономичность проекта. На основании экономической оценки принимается схема электроснабжения варианта 1. Эта система электроснабжения включает:

В качестве главной магистрали, длиной 60 м, устанавливаемого на высоте 4 м принят шинопровод марки ШМА-1600.

Разводка сетей цеха производится с помощью ШРА длиной по 66 и 30 м, устанавливаемых на высоте 3 м и РШ питаемых от ШМА. ЭП подключаются через кабельные спуски, прокладываются в траншеях на глубине – 0,2 м.

Защита производится автоматическими выключателями (для ШМА, ШРА и РШ) и предохранителями (непосредственно для электроприемников).


Список использованных источников

1. Указания по расчету электрических нагрузок. ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» №358–90 от 1 августа 1990 г.

2. Фёдоров А.А., Старкова Л.Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования». – М.: «Энергоатомиздат», 1987.

3. Неклепаев Б.Н. «Электрическая часть электростанций». – М.: «Энергоатомиздат», 1989.

4. Блок В.М.: «Пособие к курсовому и дипломному проектированию». – М.: «ВШ», 1990.

5. ПУЭ, М.: «Энергоатомиздат», 2000.

6. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования под ред. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е. и др. – М.: «Энергоатомиздат», 1991.

7. А.Е. Трунковский «Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий» – М: Высшая школа, 1977.

8. Барыбин Ю.Г. «Справочник по проектированию электроснабжения», М.: «Энергоатомиздат», 1990.

9. Справочник электромонтера. Под ред. А.Д. Смирнова. Смирнов Л.П. Монтаж кабельных линий. – М.: Энергия, 1968.

5rik.ru - Материалы для учебы и научной работы