Электроснабжение термического цеха

Министерство образования науки

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования СамГТУ

Кафедра "ЭПП"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Тема: «Электроснабжение термического цеха»

Вариант № 27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент: Скляров Е.В. 3-ЭТФ-4

Проверил: Осипов В.С.________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2014.

 

Содержание

1.	Исходные данные	3
2.	Определение неравномерности нагрузок по фазам	5
3.	Определение расчетный и сменных мощностей	6
4.	Расчет количества и мощность трансформаторов цеховой ТП	10
4.1.	Выбор вариантов количества и мощности цеховых трансформаторов и мощности компенсирующих устройств	10
4.2.	Расчет капиталовложений по вариантам	11
4.3.	Эксплуатационные затраты	12
4.4.	Приведенные затраты по вариантам	12
5.	Расчет и выбор проводников, защитных аппаратов, шинопроводов и силовых пунктов	13
5.1.	Расчет и выбор  проводников и защитных аппаратов отдельных элетроприемников	13
5.2.	Расчет нагрузок по шинопроводам и силовым пунктам	16
5.3.	Выбор шинопроводов, автоматов и кабелей	22
5.4.	Выбор силовых пунктов, автоматов и кабелей	22
6.	Расчет токов короткого замыкания	25
6.1.	Расчетная схема, схема замещения расчета трехфазных коротких замыкания	28
6.2.	Расчет Тока трехфазного короткого замыкания в начале кабельной линии, выбор высоковольтного кабеля	30
6.3.	Расчет токов трехфазного короткого замыкания в сети 0,4 кВ в точке КЗ	32
6.4.	Расчет токов короткого замыкания в точках К4 и К5	33
6.5.	Расчет тока однофазного КЗ с учетом переходных сопротивлений контактов и дуги	35
6.6.	Расчет потерь в цеховой электрической сети	36
	Список литературы	39

 

1.Исходные данные.

Категория надежности питания – II.

Среда помещения – нормальная.

Источник питания ТП – шины ГПП.

Данные заданные преподавателем:

Таблица 1

Номер Варианта	Мощность короткого замыкания, МВА	Мощность трансформатора ГПП	Длинная кабеля, км.
27	1200	25	0,6

Электроприемники находящиеся в цехе:

Таблица 2

№ п/п	Наименование электроприем-ника		n		ПВ %
1-6; 16-26	Печь индукционная однофазная, 380 В	12,8	17	32	100		0,7
26-37	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	32	11	-	100		0,6
38-70	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	20	33	-	100		0,6
71-83	Муфельная печь сопротивления однофазная, 220 В	6	13	-	100		0,6
104-107	Печь сопротивления проходная, трехфазная	60	4	-	100		0,8
93-104	Печь индукционная однофазная, 220 В	8	12	20	100		0,7
7-15 84-92 109-117	Вентиляторы	4	27	-	100		0,75
118-122	Тепловая завеса (вентилятор)	3	5	-	100		0,75
123	Мостовой кран, ПВ = 40%	7,6	1	-	40		0,2

 

Здание цеха выполнено из сборных железобетонных конструкций. Колонны сечением 500 х 500 мм располагаются с шагом 6000 мм (6 м), ширина пролетов: два пролета 30 м и 12 м. Высота здания цеха от нулевой отметки до нижнего пояса ферм - 6 м. Ширина цеха – 42 метров, длина цеха – 78 метр. Площадь цеха – 3276 м2.

 

 

2.Определение неравномерность нагрузок по фазам.

Составляем таблицу 3 распределения однофазных нагрузок по фазам:

Таблица 3

№ п/п	Наименование Электроприемника	подключение
		a-b	b-c	c-a	a-0	b-0	c-0
1-6;  16-26	Печь индукционная однофазная,  380 В	76,8	76,8	64	0	0	0
71-83	Муфельная печь сопротивления однофазная, 220 В	0	0	0	18	24	24
93-104	Печь индукционная однофазная,  220 В	0	0	0	32	32	32

Определяем загрузку фаза от электроприемников включенных на линейное напряжение по следующим выражениям:

 

 

 

Определяются нагрузки фаз с учетом электропринмников подключенных между фазой и нулем:

 

 

 

Из полученных данных определяем наиболее и наименее загруженные фазы:

 

 

Определяем нагрузку каждой фазы от трехфазных электроприемников:

 

Определяем нагрузку наиболее и наименее загруженной фазы

 

 

Рассчитываем неравномерность нагрузки по фазам по формуле:

 

Так как неравномерность нагрузки по фазам то при расчете нагрузок все однофазные электропринмники после их равномерно распределения принимаются как трехфазные с их установленной мощностью.

 

3.Определение расчетный и сменных мощностей.

 Расчет сводим в стандартную таблицу 4 (расположенную после расчетов) расчетов для этого все электроприемники разбиваются на 2 группы. В первую группу включаются электропринмники с  . Во вторую с .

1. Выписываем все электроприемники из таблицы исходных данных с коэффициентом использования <0.6.
2. Определяем сменные нагрузки по активной и реактивной мощности отельных групп электроприемников по формулам для Мостового крана:

 

 

3. После этого определяем суммарные значения в графах итого: . В связи с тем, что у нас один приемник переписываем значения в соответствующие  ячейки
4. Средне взвешенное значение коэффициента использования:

 

5. Эффективное числа электроприемников принимается равным числу приемников так как их меньше 3

 

6. Коэффициент максимума равен 1.
7. Производится расчет расчетной активной мощности:

 

8. Назначается коэффициент максимум для реактивной мощности:

 

9. Производится расчет расчетной реактивной мощности:

 

10. Производится расчет полной мощности:

 

11. Выписываются все электроприемники с коэффициентом использования больше 0.6
12. Производится расчет среднесменных нагрузок для первого электроприемника в списке

Замечание. Индукционные установки полностью компенсируются на месте для уменьшения токов. В связи с этим принимаем их

 

 

Аналогично считаем для остальных электроприемников и заносим данные в таблицу 4.

13. После этого определяем суммарные значения в графе итого:

 

 

 

14. Рассчитываем нагрузки для электроприемников с коэффициент использовании больше 0.6.

 

 

где

 

15. Определяем полная мощность:

 

16. Производим приближенный расчет требуемой мощности осветительных установок.

 

где

 

 

Предполагаем что освещение выполняется ртутными дуговыми лампами типа ДРЛ с пускорегулирующими СПРА без компенсации реактивной мощности, при этом мощно принять

 

17. Определяем нагрузки в целом по цеху:

 

 

Определяем полную мощность:

 

18. Определяем общую сменную нагрузку по цеху:

 

 

Все данные заносим в таблицу 4.

 

 

Таблица 4
№ п/п	Наименование Электроприемника	n	Установленная Мощность						ki	Сменная нагрузка		nэ	Км	Расчетные нагрузки
			Одного		Группы					Pсм	Qсм			Рр	Qp	Sp
1	2	3	4		5	6			7	8	9	10	11	12	14	15
ki< 0.6
123	Кран мостовой	1	7,6	7,6					0,2	1,52	2,63
	Итого ki< 0.6	1	-	7,6			-		0,2	1,52	2,63	1	1	1,52	2,89	3,3
ki≥ 0.6
1-6;  16-26	Печь индукционная однофазная, 380 В	17	12,8	217,6					0,7	152,32	0
26-37	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	11	32	352					0,6	211,2	61,6
38-70	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	33	20	660					0,6	396	115,5
71-83	Муфельная печь сопротивления однофазная, 220 В	13	6	78					0,6	46,8	13,65
Продолжение таблицы 4
1	2	3	4	5			6	7		8	9	10	11	12	14		15
104-107	Печь сопротивления проходная, трехфазная	4	60	240				0,8		192	38,99
93-104	Печь индукционная однофазная, 220 В	12	8	96				0,7		67,2	0
7-15  84-92  109-117	Вентиляторы	27	4	108				0,75		81	39
118-122	Тепловая завеса (вентилятор)	5	3	15				0,75		11,25	5,4
	Итого ki≥ 0.6	122		1767				0,66		1158	274		1	1158	274		1190
	Освещение									65,52	21,6			65,52	21,6
	Итого по цеху	123								1225	299			1225	300		1261

 

 

 

4. Расчет количества  и мощность трансформаторов цеховой  ТП.

4.1. Выбор вариантов количества и мощности цеховых трансформаторов и мощности компенсирующих устройств.

Мощность трансформаторов  в крупном цехе предварительно рассчитывается по плотности нагрузки. Для этого необходимо суммарную установленную мощность и площадь корпуса или цехов.

 

 

 

Тогда плотность нагрузки определяется:

 

Так как

 

То

 

Рассмотрим технико-экономическое сравнение вариантов.

1. Определяем максимальную реактивную мощность, которая может поступать из энергосистемы при нормативном значении .

 

2. Требуемая мощность конденсаторных батарей:

 

В данной ситуации нам нет необходимости устанавливать компенсирующие устройства.

Определяем варианты, количество трансформаторов:

3. Мощность трансформаторов при n=1 при среднем коэффициенте загрузки 0,7.

 

Принимается мощность трансформатора:

 

4. Мощность трансформаторов в двух трансформаторной подстанции среднем коэффициенте загрузки 0,7.

 

Принимается мощность трансформатора:

 

Рассмотри первый вариант (1 трансформатор):

5. Максимальная реактивная мощность которую может пропустить трансформатор при среднем коэффициенте загрузки 0,7.

 

6. Мощность конденсаторных батарей.

Трансформаторы пропускают всю реактивную мощность. Компенсация не нужна.

Выбираем этот вариант как первый.

7. Максимальная реактивная мощность которую могут пропустить через себя 2 трансформатора:

 

Трансформатор может пропустить всю реактивную мощность.

8. Для расчета затрат принимаем 2 варианта.

1 вариант.

 

 

 

 

 

2 вариант.

 

 

 

 

 

9. Определяются коэффициенты загрузки трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности на низком напряжении 0,4 кВ.
1. Вар.

 

2. вар.

 

4.2. Расчет капиталовложений по вариантам.

Капитала вложений производится на основании сметной документации с учетом цен текущего года. Капиталовложения в КТП.

При выборе КТП необходимо решить вопрос какой тип трансформатора будет применятся, сухой, масляный или с негорючим заполнителем.

В зависимости от принятой категории электроснабжения принимается решение использования секционного шкафа или не применения, стоимость которого добавляется к стоимости КТП. Если на высоком напряжении емкость конденсаторной батареи выбрана с избытком то в капитала вложениях учитывается часть её стоимости.

1 варианты.

КТПП 2500(УВН+ТМЗ+ШНВ-12+Э40В+ВА-41+ШНЛ-14+2хВА-43+ШНС-9,2+Э25В+ВА-41) – цена с НДС 1093000 руб;

Суммарные капитала вложения:

 

2 вариант.

КТПП2х1000(2хУВН+2хТМЗ+2х(ШНВ+ВА43+2*ВА-39)+ШНЛ6+6хВА-35+ШНС-2.1+ВА-41+ВА-46) – цена с НДС 915000 руб;

 

3. Эксплуатационные затраты.

 

При работе в цехе в две смены число часов работы в год 5000

 

-это суммарные потери  активной мощности в трансформаторах  и конденсаторных батареях.

 

Вариант 1.

 

 

 

 

 

Эксплуатационные затраты

 

Вариант 2.

 

 

 

Эксплуатационные затраты

 

4. Приведенные затраты по вариантам.

 

Вариант1.

 

 

Вариант2.

 

 

Таким образом мы получаем все 2 равнозначных варианта, но принимаем наиболее дешевый 2 вариант:

5. КТПП2х1000(2хУВН+2хТМЗ+2х(ШНВ+ВА43+2*ВА-39)+ШНЛ3+6хВА-35+ШНС-2.1+ВА-41+ВА-46)  
   Расчет и выбор проводников, защитных аппаратов, шинопроводов и силовых пунктов.
1. Расчет и выбор  проводников и защитных аппаратов отдельных элетроприемников.

Расчет произведен на примере «Печь сопротивления закалочная, трехфазная» , все остальные расчеты проводим по аналогии и заносим данные в общую таблицу:

1. Номинальный ток для трехфазной нагрузки

 

Номинальный ток для однофазной нагрузки

 

2. Кп – это кратность пускового тока или пикового тока, определяется из таблиц: Для данной установки:

 

3. Пусковой или пиковый ток:

 

4. Ток срабатывания при перегрузке:

 

- коэффициент  надежности, коэффициент отстройки  защиты.

5. Ток срабатывания отсечки.

 

коэффициент отстройки с учетом апериодической составляющей

6. Открываем справочник и выбираем автомат

Условия выбора автомата:

Тип – ВА52-31

Главное условие выбора

 

 

 

 

Второстепенное условие

 

7. Производится выбор проводов:

Все выбирают АПВ.

Выбираем сечение так:

 

 

 

 

 

Таблица 5.
№ п/п	Наименование электроприемника		Руст	Iн		Кп		Iп	Iсп	Iсо	Автомат				Провод
											Тип	Iна	Iнр	Iотс	Тип	S		Iдд	Способ прокладки
1	2		3	4		5		6	7	8	9	10	11	12	13	14		15	16
1-6;  16-26	Печь индукционная однофазная, 380 В		12,8	33,7		10		336,8	43,8	707,4	ВА52Г31	100	60	840	АПВ(3х16)	16		60	В трубе
27-37	Печь сопротивления закалочная, трехфазная		32	50,6		1,2		60,8	63,3	127,6	ВА52-31	100	63	189	АПВ(4х25)	25		70	В трубе
38-70	Печь сопротивления закалочная, трехфазная		20	31,7		1,2		38,0	41,1	79,8	ВА52-31	100	50	150	АПВ(4х16)	16		55	В трубе
71-83	Муфельная печь сопротивления однофазная, 220 В		6	28,4		1,2		34,1	36,9	71,6	ВА52-31	100	40	120	АПВ(4х16)	16		55	В трубе
104-107	Печь сопротивления проходная, трехфазная		60	93,0		1,1		102,3	120,9	214,9	ВА52-33	160	125	375	АПВ(4х70)	70		140	В трубе
93-104	Печь индукционная однофазная, 220 В		8	36,4		10		363,6	47,3	763,6	ВА52Г31	100	60	840	АПВ(3х16)	16		60	В трубе
Продолжение Таблицы 5
1	2	3			4		5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15		16
7-15  84-92  109-117	Вентиляторы	4			6,8		7	47,3	8,8	99,3	ВА52Г31	100	25	350	АПВ(4х3)	3	21		В трубе
118-122	Тепловая завеса (вентилятор)	3			5,1		7	35,5	6,6	74,4	ВА52Г31	100	25	350	АПВ(4х3)	3	21		В трубе
123	Мостовой кран, ПВ = 40%	7,6			23,1		7	161,4	30,0	339,0	ВА52Г31	100	25	350	АПВ(4х3)	3	21		В трубе

 

 

 

2. Расчет нагрузок по шинопроводам и силовым пунктам.

Расчет проводится для каждого магистрального шинопровода. Все расчеты будем записывать в сводную таблицу 6.

1. Записываем в таблицу 1 магистральный шинопровод (ШМ1).
2. Записываем первый элемент подключенный к ШМ1, это радиальный шинопровода ШР1.
3. Для него выписываем элементы имеющие коэффициент использования больше 0,6. И проводим следующие расчеты:

Определяем сменные нагрузки по активной и реактивной мощности отельных групп электроприемников по формулам для Индукционной печи:

 

 

После этого определяем так активную и реактивную мощность для остальных электроприемников подключенных к ШР1 и определяем суммарные значения в графах итого: .

Производится расчет расчетной активной мощности:

 

Назначается коэффициент максимум для реактивной мощности:

 

Производится расчет расчетной реактивной мощности:

 

Производится расчет полной мощности:

 

Аналогично определяем для остальных подключенных элементов: ШР2, СП1, СП2, и мостового крана и после того определяем суммарную сменную и расчетную нагрузку на шинопровод:

Определяем нагрузки в целом по цеху:

 

 

Определяем полную мощность:

 

Определяем общую сменную нагрузку по цеху:

 

 

Все данные заносим в таблицу 6.

Аналогичный расчет мы делаем и для второго магистрального шинопровода ШР2 и результаты расчета мы заносим в таблицу 6.

 

 

  

Таблица 6
№ п/п	Наименование Электроприемника	n       Кол-во	Устан. Мощность		cos	ki	Сменная нагрузка		nэ	Км	Расчетные нагрузки
			Одного	Группы			Pсм	Qсм			Рр	Qp	Sp
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ШМ1
ШР1
ki≥ 0.6
16-26	Печь индукционная однофазная, 380 В	11	12,8	140,8	1	0,7	98,56	0
7-15.	Вентиляторы	9	4	36	0,9	0,75	27	13,1
118-119	Тепловая завеса	2	3	6	0,9	0,75	4,5	2,2
Итого по ШР1
		22		182,8		0,71	130,06	15,3	22	1	130,1	15,3	131,0
ШР2
ki≥ 0.6
27-37	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	11	32	352	0,96	0,6	211,2	61,6
38-48	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	11	20	220	0,96	0,6	132	38,5
Итого по ШР2
		22		572		0,6	343,2	100,1	22	1	343,2	100,1	357,5
Продолжение Таблицы 6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ШР4
ki≥ 0.6
71-83	Муфельная печь сопротивления однофазная, 220 В	13	6	78	0,96	0,6	46,8	13,65
84-92	Вентиляторы	9	4	36	0,9	0,75	27	13,1
120-121	Тепловая завеса	2	3	6	0,9	0,75	4,5	2,2
Итого по ШР4
		24		120		0,7	78,3	28,9	24	1	78,3	28,9	83,5
СП1
ki≥ 0.6
1-3.	Печь индукционная однофазная, 380 В	3	12,8	38,4	1	0,7	26,88	0
Итого по СП1
		3		38,4		0,7	26,9	0	3	1	26,9	0	26,9
СП2
ki≥ 0.6
4-6.	Печь индукционная однофазная, 380 В	3	12,8	38,4	1	0,7	26,88	0
Продолжение Таблицы 6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Итого по СП2
		3		38,4		0,7	26,9	0	3	1	26,9	0	26,9
ШТ
	ki< 0.6
123	Кран мостовой	1	7,6	7,6	0,5	0,2	1,52	2,6
	Итого ki< 0.6	1	-	7,6	-	0,2	1,52	2,6	1	1	1,52	2,9	3,3
Итого по ШТ
		1	-	7,6	-	0,2	1,52	2,6	1	1	1,52	2,9	3,3
Итого по ШМ1
		51		839,2			606,8	118,0	51	1	528,5	118,2	541,6
ШМ2
ШР3
ki≥ 0.6
49-70	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	22	20	440	0,96	0,6	264	77
Итого по ШР3
		22		440		0,6	264	77	22	1	264	77	275
ШР5
ki≥ 0.6
109-117	Вентиляторы	9	4	36	0,9	0,75	27	13,1
122	Тепловая завеса	1	3	3	0,9	0,75	2,25	1,1
Продолжение Таблицы 6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Итого по ШР5
		10		39		0,75	29,3	14,2	10	1	29,3	14,2	32,5
СП3
ki≥ 0.6
94-96	Печь индукционная однофазная, 220 В	4	12,8	51,2	1	0,7	35,84	0
105-106	Печь сопротивления проходная, трехфазная	2	60	120	0,98	0,8	96	19,5
Итого по СП3
		6		171,2		0,77	131,8	19,5	6	1	131,8	19,5	133,3
СП4
ki≥ 0.6
97-100	Печь индукционная однофазная, 220 В	4	12,8	51,2	1	0,7	35,84	0
107	Печь сопротивления проходная, трехфазная	1	60	60	0,98	0,8	48	9,7
Итого по СП4
		5		111,2		0,75	83,84	9,75	5	1	83,8	9,7	84,4
СП3
ki≥ 0.6
Продолжение Таблицы 6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
101-104	Печь индукционная однофазная, 220 В	4	12,8	51,2	1	0,7	35,84	0
108	Печь сопротивления проходная, трехфазная	1	60	60	0,98	0,8	48	9,7
Итого по ШМ2
		5		111,2		0,8	83,8	9,7	5	1	83,8	9,7	84,4
Итого по ШМ2
		72		992,6			592,8	159,1	72	1	671,1	159,1	689,7

 

 

 

3. Выбор шинопроводов, автоматов и кабелей.

Все расчеты сводим в таблицы 7.

1. Выпишем значения активной и реактивной мощности для магистральных и радиальных шинопроводов в таблицу 7.
2. На примере ШМ1 проведем расчет и выбор шинопроводов.

Активная мощность:

 

Реактивная мощность:

 

Полная мощность:

 

Номинальный расчетный ток шинопровода:

 

Определим пиковый ток для шинопровода:

 

Где: – ток самого мощной установки подключенной к шинопроводу, , - кратность пускового тока.

К ШМ1 подключена самая мощная установка: Печь индукционная однофазная 380 В. Для неё:

 

 

 

Выбираем шинопровод.

Условие выбора шинопровод:

 

Выбираем шинопровод ШМА 4-1250

 

Выбираем автомат.

Условия выбора автомата:

Тип – ВА55-43

Главное условие выбора

 

 

 

 

Второстепенное условие

 

 

Аналогичные расчеты проводим и для остальных шинопроводов.

Для радиальных и троллейных  шинопроводов  так же выбирается кабель:

Должно выполнятся условие:

 

 

 

Таблица 7
Наименование элементов	Рсм кВт.	Qсм кВар	Sсм кВА	Iн.рас А	Наименование самой мощной установки	Iн.мах. А	Kп	Iп. А	Шинопроводы		Автомат				Провод
									Тип	Iдд	Тип	Iна	Iнр	Iотс	Тип	S	Iдд	Способ прокладки
ШМ1	607	118	618	939	Печь индукционная однофазная, 380 В	51	10,0	1395	ШМА 4-1250	1250	ВА55-43	1600	1600	3200
ШМ2	593	159	614	933	Печь сопротивления проходная	93	1,1	942	ШМА 4-1250	1250	ВА55-43	1600	1600	3200
ШР1	130	15	131	199	Печь индукционная однофазная, 380 В	34	10,0	502	ШРА4-250	250	ВА53-39	250	250	750	АВВГ (4х185)	185	270	в коробе
ШР2	343	100	358	543	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	51	1,2	553	ШРА4-630	630	ВА53-39	630	630	1230	4-ААГУ (1х240)	240	610	в воздухе
ШР3	264	77	275	418	Печь сопротивления закалочная, трехфазная	32	1,2	424	ШРА4-630	630	ВА53-39	630	630	1230	4-ААГУ (1х240)	240	610	в воздухе
ШР4	78	29	83	127	Муфельная печь сопротивления  однофазная,  220 В	28	1,2	132,4	ШРА4-250	250	ВА53-39	250	250	500	АВВГ  (4х185)	185	270	в коробе
ШР5	29	14	33	50	Вентиляторы	6,8	7	90,2	ШРА4-250	250	ВА53-39	160	160	800	АВВГ  (4х185)	95	170	в коробе
ШТ	2	3	3	4,6	Мостовой кран, ПВ = 40%	4,6	7	32,2	ШТР4-100	100	ВА51Г25	100	25	350	АПВ (4х4)	3	21	в трубе