Электроснабжение гранитной мастерской. 2
Аннотация
В курсовом
проекте рассмотрено
Проект состоит из 3 частей: раздела исходных данных к проекту, расчетного раздела, графической части.
В разделе исходных данных к проекту представлена характеристика объекта с исходными данными на разработку проекта.
В расчетном разделе представлен расчет электрических нагрузок: силовой при U=380В, сети электроосвещения, суммарной; расчет силовой питающей и распределительной сети при U=380В с выбором сечения проводов, кабелей и аппаратов защиты; выбор средств компенсации реактивной мощности с определением их типа, места подключения к схеме и места установки; обоснование выбора схемы электроснабжения, при U = 6/10кВ и схема ТП; расчет нагрузки при U =6/10кВ и линий питающих цеховую ТП; расчет токов короткого замыкания; расчет наружного заземления и конструктивное исполнение сети заземления; выбор оборудования цеховой подстанции.
В графической части представлен план электрооборудования цеха с разводкой электропитания и схема электроснабжения оборудования цеха.
Содержание
Введение |
3 |
1. Раздел исходных данных к |
5 |
1.1 Характеристика объекта с |
5 |
1.2 Схема и конструктивное |
7 |
2. Расчетный раздел |
9 |
2.1 Расчет электрических нагрузок: силовой при U=380В, сети электроосвещения, суммарной |
9 |
2.2 Расчет силовой питающей и распределительной сети при U=380В с выбором сечения проводов, кабелей и аппаратов защиты |
17 |
2.3 Выбор средств компенсации |
23 |
2.4 Обоснование выбора схемы |
24 |
2.5 Расчет нагрузки при U =6/10кВ и линий питающих цеховую ТП |
27 |
2.6 Расчет токов короткого |
29 |
2.7 Расчет наружного заземления и конструктивное исполнение сети заземления |
35 |
2.8 Выбор оборудования цеховой |
37 |
3. Графическая часть |
|
3.1 План электрооборудования цеха с разводкой электропитания |
|
3.2 Схема электроснабжения |
|
4. Список литературы |
39 |
Введение
К области электроснабжения относятся: производство, передача и распределение электроэнергии. Электроэнергию вырабатывают электростанции, которые подразделяются на гидравлические и тепловые. Последние в свою очередь делятся на конденсаторные, противодавленческие и смешанные.
Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия, которые обычно находятся либо в соответствующих сырьевых районах, либо в близи населённых пунктов промышленных районов.
Очевидно,
что месторасположения заводов
и фабрик не может совпадать с
местом строительства гидростанций
и крупных конденсационных
Чем мощнее электростанция, тем больше фабрик, заводов или цехов она может снабжать электроэнергией и тем значительнее будет обслуживаемый ей район. Следовательно, при любых условиях возникает необходимость в передаче электроэнергии от электростанции к потребителям.
Передача электроэнергии осуществляется посредством линий электропередач и трансформаторов, устанавливаемых на повышающих и понижающих подстанциях.
Промышленными потребителями электроэнергии в большинстве случаев являются электродвигатели и светильники, количество которых весьма велико. Поэтому при передаче электроэнергии, одновременно должно происходить её постепенное распределение, сначала между крупными потребителями, а затем между всё более и более мелкими.
Распределение электроэнергии осуществляется в распределительных устройствах подстанций и в распределительных пунктах.
В электроснабжении предприятий все связанные с подстанциями вопросы имеют важное значение.
Внутрицеховые сети условно делят на питающие и распределительные. К первым относят провода и кабели, отходящие непосредственно от распределительных устройств трансформаторных подстанций к первичным силовым пунктам и щитам, ко вторым - отходящие от распределительных щитов, или шинопроводов к электроприемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам. Распределительные сети чаще всего бывают радиальными.
Для питания
значительного числа
Радиальные схемы распределительных сетей с силовыми пунктами следует предусматривать в тех случаях, когда применению распределительных шинопроводов препятствуют условия среды, территориальное размещение электроприемников, наличие кранов и другие местные условия. При этом рекомендуется использовать силовые распределительные шкафы серии ШР, ШРС, СПУ, а также ШР с трехфазными группами плавких предохранителей ПН и НПН для защиты отходящих линий.
При построении схем необходимо стремиться к тому, чтобы длина линий была минимальной. Следует также исключать или сводить к минимуму случаи обратных перетоков мощности.
1. Раздел исходных данных к проекту
1.1 Характеристика объекта с
исходными данными на
Гранитная мастерская (ГМ) предназначена для оказания ритуальных услуг населению. Она является составной частью комплекса бытового обслуживания.
В ГМ обрабатывают плиты из гранита, мрамора и прессованной крошки, а также выполняют гравировальные работы.
Транспортные операции выполняются подвесными и наземными электротележками.
В мастерской предусмотрены:
1) технологические помещения:
- распиловочная, для пиления камня на плиты требуемых размеров;
- слесарная, для приведения инструмента в рабочее состояние;
- компрессорные, для получения сжатого воздуха пневмоинструментам;
2) бытовые помещения:
- бойлерная, для получения горячей воды от электрокотла;
- душевая, для помывки рабочего. персонала;
- кабинет, для отдыха и оформления заказов.
Кроме этого есть склад для хранения готовой продукции.
Электроснабжение (ЭСН) осуществляется от собственной комплектной трансформаторной подстанции (КТП), подключенной к городской сети.
По категории надежности ЭСН - это потребитель 3 категории, кроме вентиляторов и ОУ, которые относятся к 2 категории.
Объект имеет сильную запыленность. Внутренняя про водка для защиты от пыли и механических повреждений выполняется в трубах.
Количество рабочих смен - 1. Грунт в районе гранитной мастерской - суглинок с температурой +8 ос. ЭО КТП и ГМ имеют общий заземлитель, выполненный из прутковых электродов.
Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 4 и 6 м каждый.
Размеры цеха А х В х Н= 24 х 14 х 4 м.
Перечень ЭО гранитной мастерской дан в таблице 1.
Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.
Таблица 1.
№ на плане |
Наименование ЭО |
Вариант |
Примечание | ||
1 |
2 |
3 | |||
Рэп, кВт | |||||
1 |
Компрессорная установка |
45 |
|||
2 |
Компрессор |
11 |
|||
3,20 |
Вентиляторы |
5 |
|||
4,18 |
Распиловочные станки |
12,5 |
|||
5,15 |
Электротали |
4,5 |
ПВ=40% | ||
6 |
Кран-балка |
15 |
ПВ=25% | ||
7 |
Электрокотел |
3 |
1-фазные ТЭНы | ||
8,9 |
Электронагреватели |
1,5 |
1-фазные | ||
10 |
Горн электрический |
2,5 |
|||
11,12 |
Сварочные агрегаты |
45кВА |
ПВ=60% | ||
13 |
Наждачный станок |
2 |
1-фазные | ||
14,17 |
Станок полированный |
8 |
|||
16 |
Электроплита |
7,5 |
|||
19 |
Станок токарный |
3 |
|||
21,22 |
Станки гравировальные |
1,5 |
1-фазные | ||
1.2 Схема и конструктивное
Гранитная мастерская (ГМ) предназначена для оказания ритуальных услуг населению. Она является составной частью комплекса бытового обслуживания. Электроснабжение гранитной мастерской комбинированное.
Рис. 1 Примерная схема электроснабжения
Данные распределительные устройства РП производятся в виде нескольких секций, каждая из которых имеет в распоряжении свою нагрузку и своё питание, соединённых секционными выключателями. На станциях секционный выключатель зачастую замкнут. В тех случаях, когда повреждения на одной из секций секционный выключатель отключается, отсекая повреждённую секцию от распределительного устройства (РУ). В случае аварии на самом секционном выключателе из строя выходят обе секции, но вероятность повреждения практически невозможна. На низковольтных распределительных устройствах РУ (6-10kB), связанные между собой секции работают независимо друг от друга. В тех случаях, когда питание одной из секций пропадает, сработает устройство АВР, которое отключает вводной выключатель секции и включает секционный выключатель. Потребители секции будут получать электроэнергию от питания соседней секции через секционный выключатель.
Выбираются виды распределительных устройств (РУ): ШРА – радиальный шинопровод, ШР – распределительный пункт, ЩО – щит освещения. Поскольку трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка распределяется по секциям примерно одинаково, а поэтому принимаются следующие распределительные устройства: распределительный пункт ШР1 для питания электроприемников трехфазного повторно-кратковременного режима работы, щит освещения ЩО – для питания осветительной нагрузки, магистральные шинопровода ШРА 1 для питания приемников трехфазного длительного режима работы ДР. Исходя из понятия второй категории надежности электроснабжения, составляется схема электроснабжения с учетом распределения нагрузки представлена на рис.1.
2. Расчетный раздел
2.1 Расчет электрических нагрузок: силовой при U=380В, сети электроосвещения, суммарной
Таблица 2
№ п/п |
Название помещения |
Площадь помещения, м2 |
Удельная мощность помещения, Руд/м2 |
Мощность освещения активности, Рор, Вт |
Мощность освещения реактивная, вар |
Полная мощность, ВА |
Расчет Тока Iр |
1. |
Склад |
36 |
18 |
648 |
613 |
745 |
2,8 |
2. |
Слесарная |
36 |
20 |
720 |
238 |
828 |
3,8 |
3. |
Компрессор -1 |
6 |
18 |
108 |
36 |
124 |
0,6 |
4. |
Коридор |
6 |
18 |
108 |
36 |
124 |
0,6 |
5. |
Компрессор -2 |
6 |
18 |
108 |
36 |
124 |
0,6 |
6. |
КТП |
6 |
18 |
108 |
36 |
124 |
0,6 |
7. |
Душевая |
12 |
20 |
240 |
79 |
276 |
1,3 |
8. |
Бойлерная |
12 |
18 |
216 |
71 |
248 |
1,1 |
9. |
Коридор-1 |
12 |
18 |
216 |
71 |
248 |
1,1 |
10. |
Кабинет |
12 |
20 |
240 |
79 |
276 |
1,3 |
11. |
Граверная |
12 |
20 |
240 |
79 |
276 |
1,3 |
12. |
Распиловочная |
144 |
20 |
2880 |
950 |
3312 |
15,1 |
Находим площадь помещения:
S (склад) = 3х12=36м2
Остальные расчеты сведены в таблицу 2.
Определяем
расчетную ориентировочную
Р(ор) = Р(уд) х S
Рор(склад) = 18х36 = 648 Вт.
Остальные расчеты сведены в таблицу 2.
Далее представим расчет реактивной нагрузки:
Qр.осв = Рросв. х tqϕ
где tqϕ – соответствует характерному для приемников данной подстанции средневзвешенному значению коэффициента мощности. Для газоразрядных ламп tqϕ - равен 0,33.
Qр.осв(склад) = 648х0,33 = 613 Вт.
Остальные расчеты сведены в таблицу 2.
Далее рассчитаем полную мощность, Sква
Sква (склад) = .
Остальные расчеты сведены в таблицу 2.
Находи расчетный ток (Iр)
Iр = S / U
Остальные расчеты сведены в таблицу 2.
Расчет электрических нагрузок производим методом коэффициента максимума. Пример приводим для компрессорной установки.
Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников.
Рассчитываем установленную нагрузку Рн∑ для ШРА-1, ШР1-ШС1 по формуле:
Рн∑ = Рн × п,
Рн∑ = 45× 1=45кВт
Все значения Рн∑ для ШРА – 1, ШР1-ШС1 считается аналогично. Результаты заносим в колку 4 таблицы 3.
Расчёты производятся для ШРА – 1и определяется модуль сборки m, результат заносится в колонку 11 таблицы 3.
ШР1-ШС1 рассчитывается аналогично.
Определяем среднюю активную мощность Рсм, среднюю реактивную мощность Qсм, среднюю нагрузку Sсм. Результат заносим в таблицу 3, колонка 9,10,11.
Пример слиткообдирочный станок на ШРА-1.
Рсм=Ки×Рн∑
Рсм=0,17×45=7,65 кВт
Qсм=Рсм×tg
Qсм=7,65×1,17=8,9кВАР
Sсм.=
Sсм.=
Для остальных Рсм, Qсм, Sсм электроприемников считается аналогично.
Результаты заносятся в колонки 8; 9; 10 (таблица 3) соответственно.
Определяем
средний коэффициент
Результаты заносятся в колонкe 12 (таблица 3) соответственно.
Определяются упрощенные варианты определения эффективного число электроприёмников nэ по таблице 5.
Пример для ШРА-1.
nэ = F (n, m, Ки.ср., Рн) = F (15 – 7,1 – 0,17, переменная)
n =9, т=18, Ки.ср.=0,15
п1=45*0,5=22,5
п1=1
Приемников с единичной мощностью больше или равно 22,5 – один. Следовательно п1=1.
п*=1/9=0,11
Р*= 45/86,7=0,52
nэ = пэ*n;
пэ* по таблице 1.5.4
пэ*=0,61
nэ= 0,61*9=5,49
nэ=5,49
для ШР-1 рассчитывается аналогично.
ШС-1
n =6, т=2, Ки.ср.=0,76
6 3 0,760,2 2<3
пэ не определяется.
Определяем максимальную активную нагрузку Рм, максимальную реактивную нагрузку Qм, максимальную полную нагрузку Sм результаты заносим в Таблицу 3 колонка 15,16,17.
Рм = Км×Рсм
Рм = 7,65×2,64=20,2 кВт
Qм = Км’×Qсм
Qм = 1,1×8,9=9,8 квар
Sм =
Sм =
Для остальных Рм, Qм, Sм электроприемников считается аналогично.
Результат заносится в колонки 16,17,18 (таблица 3) соответственно.
Определяется ток на РУ, результат заносится в колонку 19 (таблица 3)
Определяется ток на ШРА – 1, результат заносится в колонку 19 (таблица 3)
ШР1-ШС 1 рассчитывается аналогично.
Найдём общую нагрузку Рм, Qм, Sм электроприемников по ШНН.
По империческим формулам определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 16, 17, 18 (таблица 3), но без компенсации реактивной мощности
Рт = 0,02Sм (н. н.),
Qт = 0,1Sм (н.н.),
Sт =
Рт = 0,02 кВт
Qт = 0,1 квар
Sт = квар
Определяем удельную нагрузку на единицу площади цеха:
,
где S в.н. – мощность, необходимая для питания всех источников цеха, кВ·А;
F ц– площадь цеха, м2.
Номинальная мощность трансформатора выбирается по формуле:
Выбираем
трансформатор ближайший
Двух трансформаторные подстанции проверяются на аварийный режим работы, когда где Sрå - полная расчётная мощность трансформатора в кВ·А.
один из трансформаторов выйдет из строя по формуле:
1,4Sн.т.≥ Sрå ,
140 109,7
Условие выполняется.
Выбираем следующий трансформатор
ТМ-100-10/0,4.
Наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ определяется по формуле
2.2. Расчет силовой питающей и распределительной сети при U=380V с выбором сечения проводов, кабелей и аппаратов защиты
Рис. 2 Примерная схема электроснабжения
Аппараты и проводники первичных цепей должны удовлетворять следующим требованиям:
-соответствию
окружающей среды и роду
-необходимой
прочности изоляции для
-допустимому
нагреву токами длительных
-технико-экономической целесообразности;
-достаточной механической прочности;
-допустимым
потерям напряжения в
Марку и сечение провода выбирается из условия Iдл до Iр.
Из исходных данных известно мощность потребляемая компрессорной установкой Рн равна 45 кВт.
Из расчетов известно Sм т.е. полная максимальная мощность равна 17,3 кВА.
Из сводной ведомости известен ток расчетный Iр равен 31,4 А.
Iдл 45 31,4 А
Определяем активное R и индуктивное X сопротивление по формуле.
R=R0*L
X=X0*L
Где X0 и R0 табличные данные Значение удельных сопротивлений кабелей, проводов.
По справочнику выбираем марку провода: возьмем АВВГ-1*×4.
Прокладываем кабель в трубе.
Предохранители выбираются согласно условиям:
Iуст ≥ Iдл –для линии без ЭД;
Iуст ≥ Iп /1,6 – для линии с ЭД и тяжелым пуском;
Iуст≥ Iп /2,5 – для линии с ЭД и легким пуском:
Насосы системы охлаждения АТ. Из исходных данных известно мощность потребляемая компрессорной установкой Рн равна 45 кВт, н = 7.
Из расчетов известно Sм т.е. полная максимальная мощность равна 17,3 кВА.
Iр = 31,4 А
Iуст = = 31,4 х7/2,5 = 87,9 А
Iуст 100 ≥ 87,9 по условию выбираем предохранитель марки ПР-2-60 где
Iуст =100А.
Автоматы выбираются согласно условиям:
Iн.а ≥ Iр ;
Uн.а ≥ Uc ;
Iр ≥ Iдл –для линии без ЭД;
Iр ≥ 1,25 Iдл - для линии с одним ЭД;
Определяем ток электоромагнитного расцепителя по формуле:
Iэл.дин ≥1,2 Iпус
Полировальный станок.
Рн = 2,6 кВт
Iр=5,1 А
Iнр ≥ 1,25*5,1=6,4 А
Iн.а 106,4 А
Iэл.дин =1,2хIп
Iэл.дин = 1,2х5,1х7=42,8 А
Iэл.дин 10042,8 А
По условию выбираем автомат АЕ-2443.
Все остальные выбираем аналогично.
Определяем кабель на потерю напряжения. Берем наиболее мощные потребители или наиболее удаленные. Расчет проведем по токам участка.
где – потеря напряжения,%;
Vн – номинальное напряжение;
l – расстояние от начало ответвления;
rх0 – удельные активное и индуктивное сопротивления.
Должно выполнятся условие 10% от Vном.
Самым мощным приемником на ШРА 1 компрессорная установка
Рн = 45 кВ.
0,05%10%
что удовлетворяет силовым нагрузкам. Остальные расчеты сведены в таблицу 7.
2.3 Выбор средств компенсации
реактивной мощности с
Компенсирующее устройство (КУ) используется для компенсации емкостных токов в электрических сетях 6, 10 кВ трехфазного тока частотой 50 Гц. Применение КУ в электрических сетях промышленных предприятий, городов и районов позволяет существенно повысить надежность работы высоковольтного оборудования при возникновении однофазных замыканий на землю и, следовательно, улучшить качество электроснабжения потребителей. Из практики компенсирующее устройство устанавливают или у самого мощного ЭП или по центру.
Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:
-расчетную реактивную мощность КУ;
-тип компенсирующего устройства;
-напряжение КУ.
Расчетную реактивную мощность можно определить из отношения:
Qпот = Qр - Qмах =44,9-134,7=- 89,8 кВАр
Qпот – реактивная мощность компенсирующего устройства;
Qр – расчетная реактивная мощность;
Qmax –реактивная мощность в режиме максимальных нагрузок.
Значение Qр и Qmax рассчитаны ранее и приведены в таблице 3.
Компенсирующее устройство не требуется.
2.4. Обоснование выбора схемы электроснабжения, при U=6/10кВ и схема ТП.
Рис.3 Примерная схема электроснабжения
На небольших и средних предприятиях, а также на второй и последующих ступенях электроснабжения крупных предприятий распределение электроэнергии осуществляется в основном по кабельным линиям 6-10 кВ. Воздушные линии сооружаются редко на малозагруженных участках территории, например на периферийных.
Имеются две основные схемы распределения энергии — радиальная и магистральная, но часто на разных ступенях электроснабжения применяются и смешанные схемы. Та или другая схема применяется в зависимости от числа и взаимного расположения цеховых подстанций или других электроприемников по отношению к питающему их пункту. При этом учитываются также стоимость разных вариантов, расход кабеля, способы выполнения сети и др. Обе эти схемы при надлежащем их выполнении можно применять для обеспечения надежного питания электроприемников любой категории.
Радиальные
схемы распределения
При двухступенчатых радиальных схемах применяются промежуточные РП, от которых и питаются распределительные сети второй ступени. Вся коммутационная аппаратура устанавливается на РП, а на питаемых от них цеховых подстанциях предусматривается преимущественно глухое (без выключателей, разъединителей и других коммутационных аппаратов) присоединение трансформаторов. Иногда применяется выключатель нагрузки или разъединитель. От каждого РП питаются обычно четыре-пять цеховых подстанций. Для эффективного использования РП его мощность выбирается таким образом, чтобы питающие его линии, выбранные по току короткого замыкания, были полностью загружены (с учетом послеаварийного режима). Число отходящих линий от РП, как правило, должно быть не менее восьми—десяти.
Радиальные схемы с числом ступеней более двух громоздки и нецелесообразны, так как при этом усложняется коммутация и защита; иногда они применяются при развитии предприятия и при необходимости добавления новых подстанций или для питания отдельных периферийных подстанций.
При радиальных схемах широко применяется секционирование всех звеньев системы электроснабжения от ГПП и ТЭЦ до сборных шин низкого напряжения цеховых подстанций и цеховых силовых распределительных пунктов. На секционных аппаратах предусматриваются несложные схемы АВР. Это значительно повышает надежность питания. Крупные подстанции и РП питаются не менее чем двумя радиальными линиями, которые обычно работают раздельно, каждая на свою секцию; при выходе из работы одной из них другая автоматически берет на себя всю нагрузку электроприемников 1-й и 2-й категорий. Если каждая линия не рассчитана на полную мощность всей подстанции, то применяются меры к разгрузке подстанции от неответственных потребителей на время послеаварийного режима.
2.5. Расчет нагрузки при U=6/10кВ и линий питающих цеховую ТП.
Для расчета электроснабжения по высокой стороне принимаемое 10кВт как наиболее экономичное то есть снижает потери в линии так как нагрузка 2 и 3 категории.
Согласно
заданию узловая
В зависимости от потребляемой мощности и удаленности от источника питания различают следующие виды подстанций: узловая распределительная: главная понизительная; глубокого ввода; трансформаторный пункт.
Узловой распределительной подстанцией (УРП) называется центральная подстанция на напряжение 110... 220 кВ, получающая электроэнергию от энергосистемы и распределяющая ее (без трансформации или с частичной трансформацией) по подстанциям глубокого ввода напряжением 35...220 кВ на территории предприятия.
Главной понизительной подстанцией (ГПП) называется подстанция на напряжение 35...220 кВ, получающая питание непосредственно от районной энергосистемы и распределяющая электроэнергию при более низком напряжении по всему предприятию.
Подстанцией глубокого ввода (ПГВ) называется подстанция на напряжение 35...220 кВ, выполненная обычно по упрощенным схемам коммутации на стороне первичного напряжения, получающая питание непосредственно от энергосистемы или центрального распределительного пункта данного предприятия и предназначенная для питания отдельного объекта или группы электроустановок предприятия. Схемы электроснабжения с ПГВ, называются схемами с глубоким вводом.