Разработка СЭС участка опытного

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Витебский государственный политехнический колледж»

 

Специальность 2-430103 “Электроснабжение (по отраслям)”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Тема: «Разработка СЭС участка опытного»

 

Дисциплина «Электроснабжение (по отраслям)»

 

ВГПК 430103.К14.007

 

 

 

 

 

Выполнил:

учащийся группы пто ЭЭ-28

Дудов К.А

Проверил:

Надобенко Л.А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Витебск 2014

 

 

 

Содержание

 

 

 

     Введение

 

 

Современное развитие диктует необходимость совершенствования промышленной электроэнергетики: создания экономичных, надежных систем электроснабжения промышленных предприятий, освещения, автоматизированных систем управления электроприводами и технологическими процессами; внедрения новых комплектных преобразовательных устройств и т.д.

Решение многих задач промышленной электроэнергетики  может быть получено несколькими технологическими средствами. Многовариантность задач систем электроснабжения промышленных предприятий обуславливает проведение технико-экономических расчетов (ТЭР), целью которых является экономическое обоснование выбранного технического решения.

Рационально выполненная система электроснабжения промышленного предприятия должна удовлетворять таким требованиям, как экономичность и надежность качества электроэнергии. При этом должна предусматриваться гибкость системы, обеспечивающая возможность расширения при развитии предприятия без существенного усложнения и удорожания первоначального варианта. Нужно по возможности принимать решения, требующие минимальных расходов цветных металлов и электроэнергии.

При построении системы электроснабжения промышленного предприятия необходимо учитывать многочисленные факторы: потребляемая мощность и категория надежности, размещение электрических нагрузок и т.п.

Основные потребители вырабатываемой электроэнергии – промышленные предприятия, на которых электроэнергия должна распределяться и потребляться электроприемниками с высокой экономичностью и надежностью, с соблюдением техники безопасности обслуживания, а также Правил устройства и эксплуатации электроустановок.

Современное электрооборудование и электропривод отдельных установок оснащаются комплектными распределительными устройствами, подстанциями, шинопроводами, токопроводами и системами автоматизированного электропривода. Персонал предприятий и цехов, обслуживающий системы электроснабжения, должен иметь достаточно высокую квалификацию. Поэтому важная роль должна быть отведена вопросам организации и выполнения дипломных проектов как завершающего этапа теоретической и практической подготовки учащихся к их работе на производстве.

Разработка СЭС закалочного цеха производится в связи с применением на производстве современных технологий при закалке изделий

 

 

 

 

 

1 Общая часть

1.1 Краткая характеристика электроснабжения и электрооборудования закалочного цеха

 

Закалочный цех  (ЗЦ) предназначен для обработки коленчатых валов автомобильного двигателя.

В цехе предусмотрены производственные, вспомогательные, служебные и бытовые помещения различного назначения.

Основное оборудование размещено в станочном и ремонтно-механическом отделениях.

ЗЦ получает ЭСН от подстанции глубокого ввода (ПГВ) завода, расположенной на расстоянии 8 км от энергосистемы (ЭВС). Напряжение на ПГФ – 6 или 10 кВ. Расстояние от ПГФ до цеха – 0,5 км.

Потребители ЭЭ по бесперебойности ЭСН имеют 2 категорию надежности.

Количество рабочих смен – 3.

Грунт в районе здания цеха – суглинок при +15 оС. Каркас здания сооружен из блоков-секций длинной 8 и 4 м каждый.

Размеры цеха А х В х Р = 48 х 28 х 9 м.

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень ЭО ЗЦ дан в таблице 3.10.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.

В цеху расположено 26 единиц электрооборудования, основные параметры которого приведены в таблице 1, которые работают в длительном режиме (ДР)

Таблица 1. Характеристика электрооборудования цеха.

№ на плане	Наименование электрооборудования	Pэп, кВт	Примечание
1	2	3	4
1,15,16	Токарные специальные станки	8,5
2	Алмазно-расточной станок	5,4
3,22,23	Вертикально-фрезерные станки	10
4,9	Наждачные станки	4,5
5,6,17…21	Сверлильные станки	3,5
7,8	Заточные станки	2,5
10…14	Закалочные установки	20
24…27	Вертикально- сверлильные станки	5

Расположение электроприёмников указано на плане размещения.

Электроприёмники питаются от четырёхпроводной трёхфазной сети, частотою 50 Гц. Система выполнена с глухозаземлённой нейтралью трансформатора.

 

1.2 Классификация помещений по пожаро-, взрыво- и электробезопасности

1.2.1 Классификация ЗЦ производилась в соответствии с [4.6].

Классификация помещений ЗЦ по взрыво-, пожаро-, электробезопасности представлена в таблице 2.

 

Таблица 2. Классификация помещений цеха по взрыво-, пожаро-, электробезопасности

Наименование помещений	Категории			Дополнительные сведения
	взрывоопасности	пожароопасности	электробезопасности
1	2	3	4	5
Ремотно-механическое отделение	В-II-A	П-II-А	ПО	Соблюдение техники безопасности
Закалочная	В-II-A	П-II-А	ПО	Соблюдение техники безопасности
ТП	В-II	П-II-А	ПО	Соблюдение техники безопасности
Щитовая	-	П-II	ПО	Соблюдение техники безопасности
Станочное отделение	В-II-A	П-II-А	ПО	Соблюдение техники безопасности

 

    1.3 Определение категории надёжности ЭСН и выбор схемы ЭСН ЗЦ

1.3.1 Закалочный цех питается от трансформаторной подстанции, которая расположена на территории данного цеха. Электроприёмники относятся ко 2 категории надёжности электроснабжения.

Все электроприёмники работают в режиме неизменной или мало изменяющейся нагрузки. В этом режиме электрическая машина или аппарат могут работать продолжительное время без повышения установившейся температуры отдельных частей выше допустимой.

Основной задачей оборудования, станков, является подготовка заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами, питание их производится от сети 0,4 кВ и частотой 50 Гц.

Для повышения пожаро- и вызрывобезопасности, улучшение условий труда рабочих цех имеет вентиляционную.

По технологическим условиям надёжность электроснабжения оборудования ЗЦ относится ко второй категории.

 

Перерыв в электроснабжении возможен только на время, необходимое для включения резервного питания, действиям дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Отсутствие электроснабжения может повлечь за собой массовый простой рабочих механизмов и простой производства.

На территории цеха размещены 3 распределительных пункта (РП).

От РП1 питаются:

Токарные специальные станки (15,16)

Сверлильные станки (17… 21)

Вертикально-фрезерные станки (22,23)

Вертикально- сверлильные станки (24…27)

От РП2 питаются:

Закалочные установки (10…14)

От РП3 питаются:

Токарный специальный станок (1)

Алмазно-расточной станок (2)

Вертикально-фрезерный станок (3)

Наждачные станки (4,9)

Сверлильные станки (5,6)

Заточные станки (7,8)

Питание распределительных пунктов осуществляется кабелем марки АВВГ с прокладкой кабеля по конструкциям стен, питание оборудования производится проводом марки АПВ, прокладка осуществляется в штробах, однотипные электроприёмники с мощностью менее 12 кВт запитываются через модульные колонки, электроприёмники мощностью более 12 кВт запитываются напрямую от РП. На рисунке 1 представлена система электроснабжения цеха механической обработки деталей.

 

Рисунок 1. Схема электроснабжения закалочного цеха

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчетная  часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

 

2.1.1 Определение электрических нагрузок ЗЦ производим методом расчетного коэффициента. Данный метод расчета электрических нагрузок является основным. Применять данный метод расчета считается возможным, если известны единичные мощности электроприёмников, их количество, технологическое назначение.

Метод коэффициента расчетной мощности сводится к определению (Pp, Qp, Sp)

расчетных нагрузок группы электроприёмников.                                                    

                                                

 

                                          (2)

 где, Рр – расчетная активная нагрузка, кВт;

        Ки – коэффициент использования;

        Рном – номинальная активная нагрузка, кВт;

        Кр - расчетный коэффициент активной нагрузки (принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников nэ и коэффициент использования Ки)

Зная число элктроприёмников в группе и их номинальную мощность, определяют их общую установленную установленную мощность по формуле.

 

                                                                                                      (3)

  где ni – число i-ых ЭП, шт;

       Руi – приведённая установленная мощность одного i-го ЭП, кВт;

 

Эффективное число электроприёмников определяется по формуле:

 

                                                                                              (4)

 

Групповой коэффициент использования вычисляется по формуле:

 

                                                                                           (5)

 

Определяем средневзвешенное значение cosφ по формуле:

                                                                                    (6)

 

       Определяем средние нагрузки за максимально нагруженную смену:

                                                                                               (7)

                                                         (8)                                  

где: Ки – коэффициент использования, отн.ед;

      tgφ – коэффициент раективной мощности, отн.ед;

Расчетная реактивная мощность определяется по формуле:

 при nэ≤10                                          (9)                       

,  при nэ>10

 

где, Pном – номинальная активная мощность, кВт;

       Qр – коэффициент реактивной мощности;

Полная мощность расчетной нагрузки определяется по формуле:

                                                                                               (10)

Расчетный ток нагрузки определяется по формуле:                                                                          (11)

2.1.2 Пример  расчета электрических нагрузок  покажем на РП2. Согласно распределению  нагрузок по распределительным устройствам заполняется «Сводная ведомость нагрузок». На основании исходных данных заполняются колонки 1-7.

Зная единичные мощности электроприёмников и их количество, определяем номинальные активные групповые мощности и сумму номинальных активных групповых мощностей в группе электроприёмников (поз. 10…14) .

Определяем сменные нагрузки для электропривода в РП2 по формуле (7), (8):

 

 

Аналогичным способом рассчитываем сменные нагрузки на РП1 и РП3.

Определяем эффективное число электроприёмников на РП2 по формуле (4)

 

Эффективное число электроприёмников принимаем равным 1.

     

Определяем расчетные коэффициенты. Определяем средневзвешенное значение cosφ по формуле (7)

 

Определяем среднее значение коэффициента использования по формуле (5)

 

Расчетный коэффициент активной нагрузки Кр принимаем равным 5,4 при nэ=1 и Кср.в=0,14 [4.7] стр.284.

Опряделяем расчетное значение мощности для РП2 по формулам (2),(9),(10):

 

 

 

Определяем расчетный ток РП2 по формуле (11):

 

Аналогично рассчитывается нагрузка для РП1 и РП3. Все расчеты помещены в сводной ведомости электрических нагрузок ЗЦ в таблице 3.

 

       2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства (КУ) реактивной мощности

2.2.1 Компенсирующее  устройство (КУ) реактивной мощности  – это элемент электрической  сети, предназначенный для компенсации  реактивной мощности, потребляемой  нагрузками в элементах сети (параллельно  включаемые батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные  двигатели и др. устройства).

Для выбора устройства компенсации (компенсирующего устройства) необходимо знать:

- расчетную  реактивную мощность КУ

- тип КУ

- напряжение  и частоту КУ

Расчетная реактивная мощность КУ определяется из соотношения:

                                                        (12)

где: α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается равным 0.9;

Компенсацию реактивной мощности (из опыта эксплуатации) обычно производят до получения значения cosφк = 0,92…0,95 – условие положительно проведённой компенсации.

Значение Рр и tgφ берём из результатов расчета электрических нагрузок в сводной ведомости нагрузок. Задавшись типом КУ, зная Qк.р и напряжение, выбираем стандартную компенсирующую установку, близкую к расчетной мощности Qк.р. После выбора стандартного КУ определяется фактическое значение tgφф и cosφф:

                                                      (13)

Принимаем cosφк = 0,93, тогда tgφк = 0,4, тогда:

 

Выбираем регулируемую конденсаторную установку типа АУКРМ 0,4-125-5 УЗ, мощностью 125 кВАр.

По (13) проверяем фактическое значение коэффициента реактивной мощности tgφф:

 

Полученное значение tanφф = 0,43 соответствует cosφф = 0,92, что удовлетворяет рекомендуемому значению cosφк после проведённой компенсации.

Компенсирующая установка выбрана правильно. Полученные результаты заносим в сводную ведомость (таблица №3).

2.3 Выбор линий ЭСН

2.3.1 Сечение  проводов и кабелей напряжением  до 1000 В по условию нагрева  выбирается в зависимости от  длительно допустимой токовой  нагрузки по требованиям [4.6]. Проводники  выбираем по допустимому нагреву  длительным расчетным током по  условию.

                                                   (14)

где, Iр – длительный расчетный ток линии, А;

       Iн.доп – длительно – допустимый ток проводника, А.

Расчетный ток для трёхфазных электроприёмников определяем по формуле:

                                                                                                 (15)

где, Pн – номинальная мощность ЭП, кВт;

        Uн – номинальное линейное напряжение ЭП, кВ.

Расчет тока треёхфазной линии покажем на примере линии 1р (токарные специальные станки – 15, 16):

 

Выбираем провод АПВ 4;1х16 с Iд=55А

По условию допустимого длительного нагрева следует, что проводник выбран правильно.

Выбор кабеля, питающего РП покажем на примере РП1:

 

Выбираем кабель марки 2АВВГ 4х70 с Iд= 140А.                                                                         

Производим проверку правильности выбора проводника по условию (14):

Iдоп= 280А>Iр=200А

Из условия (14) следует, что проводник выбран правильно.

Выбор остальных проводников производим аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 4 «Сводная ведомость электроприёмников, линий электроснабжения и аппаратов защиты ЦМОД».

2.3.2 Проверка  линии по потере напряжения  ∆U в соответствии с ГОСТ13103, где сказано, что ∆U на зажимах силовых электроприёмников должны быть не более 5%. Потери напряжения должны удовлетворять условию:

                                                        (16)

Потери напряжения определяются по формуле:

                                (17)

где, ∆U – потери напряжения; %

        Uном – номинальное максимальное напряжение, кВ,

        r0 – удельное активное сопротивление; Ом/км,

        х0 – удельное индуктивное сопротивление; Ом/км,

        L – длина проводника; км

Рассчитываем потери напряжения в линии 1р (токарные специальные станки -15,16):

 

0,2%<5%

Выбранный по допустимому нагреву провод АПВ 4;1х16 удовлетворяет условию (16).

Расчет потерь напряжения в остальных линиях производится аналогично. Результаты приведены в таблице 4.

      

         2.4 Расчет и выбор аппаратов защиты

2.4.1 Автоматические  выключатели (АВ) служат для нечастых  коммутаций и защиты электрических  цепей от токов аномальных  режимов. Они являются более совершенными  аппаратами по сравнению с  предохранителями, так как отключают три фазы защищаемой цепи одновременно, что особо важно для электродвигателей. АВ готовы к быстрому восстановлению электроснабжения после аварийных отключений и имеют более точные защитные характеристики.

Автоматические выключатели выбираются исходя из следующих условий:

                                                                                                      (18)

где, Iн.а – номинальный ток выключателя, А;

       Iр – расчетный ток, А.

                                                           (19)  

           где, Iн.р – номинальный ток теплового расцепителя, А;

                                                    (20)

где, Iср.р – ток срабатывания  электромагнитного расцепителя, А;

       Iпик – пиковый ток, А;

       Kт.о – кратность тока отсечки

                                                          (21)

Выбор автоматических выключателей покажем на примере расчета линии 1р РП1, которая питает токарные специальные станки (поз. 15,16), расчетный ток берём из раздела 2.3.1. Iр=49А

Выбираем автомат ВА 51-31-1 с Iн.а=100А и Iн.р=63А. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя берём равным 10 Iн.р.

Проверяем правильность работы электромагнитного расцепителя по условию (20):

 

                                           630А>463А

Условие (20) выполнено, автоматический выключатель выбран верно.

Для питающей линии РП1, номинальных ток которого Iр=200А, выбираем автоматический выключатель серии ВА 51-35 с Iн.р=250А и Iн.а=250А с током срабатывания электромагнитного расцепителя Iср=10Iн.

Выбор автоматов для остальных линий и РУ проводим аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 4 «Сводная ведомость электроприёмников, линий электроснабжения и аппаратов защиты ЗЦ».

 

 2.4.2 Проверка аппаратов защиты и токи короткого замыкания

Основным видом повреждений в энергосистеме является короткое замыкание.

Все повреждения вызываются:

- нарушением  изоляции токоведущих частей  вызванных её старением;

- повреждением  опор и проводов, вызванных гололёдом у ураганным ветром;

- ошибкой электротехнического  персонала.

Существуют следующие виды коротких замыканий:

-Трёхфазное  короткое замыкание, когда все 3 фазы  оказываются соединёнными между  собой;

-Двухфазные  короткие замыкания, когда между  собой соединены две фазы;

-Однофазные  короткие замыкания на землю, когда только одна фаза соединена с землёй. Данный вид короткого замыкания характерен для сети глухо заземлённой нейтралью, в сети с изолированной нейтралью однофазные короткие замыкания на землю отсутствуют.

Токи короткого замыкания считаются для проверки срабатывания автоматических выключателей.

У АВ с тепловым и электромагнитным расцепителем должно выполняться условие:

                                                              (23)

При невыполнении требований по чувствительности необходимо заметить проводник, взять его с большим сечением или изменить коэффициент срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя.

Ток КЗ определяется по формуле:

                                                          (24)  

 Где Uk – линейное напряжение в точке КЗ, кВ;

Zk – полное сопротивление до точки КЗ, Ом;

Для рассчёта токов короткого замыкания (КЗ) необходимо:

• по расчётной схеме сотавить схему замещения, выбрать точки КЗ;
• рассчитать сопротивления;
• определить в каждой выбранной точке 3-фазные (1-фазные) токи КЗ.

Схема замещения представляет собой вариатн расчётной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями. Точки КЗ выбираются на ступенях расспределения и на конечном электроприёмнике. Точки КЗ нумеруются сверху вниз, начиная от источника.

 

 

Для расчёта сопротивления линий ЭСН из соотношений:

rл=rоLл

xл=xоLл

где r0 и x0 – удельные активные сопротивления и индуктивные сопротивления, мОм/м;

Lл – протяжённость линии, м.

Расчетная схема электроснабжения линии 13р представлена на рисунке 1.

Определяем значения сопротивлений элементов и наносим на схему замещения.

- для автоматических  выключателей SF1,SF2:

SF1: Rsf1 = 0,7 мОм; Xsf1 = 0,7 мОм; Rнsf1 = 0,7 мОМ

SF2: Rsf2 = 1,3 мОм; Xsf3 = 1,2 мОм; Rнsf3 = 0,75 мОм;

 

- для ступеней  распределения

распределительное устройство Rc1 = 15 мОм;

вторичный распределительный пункт Rc2 = 20 мОм.

для линий 3n 13р:

3n: r0 = 0,447 мОм/м; x0 = 0,0612 мОм.

 

 

X3n = x0 * L1n;

X3n = 0,0612 * 26.7 = 1.6 мОм;

13р: r0 = 1,95 мОм/м; x0 = 0,0675 мОм/м;

R13р = r0 * L1р;

R13р = 1,95 * 30 = 58.5 мОм;

X13р = x0 * L1р;

X13р = 0,0675 * 30 = 2.02 мОм;

 

 

Рисунок 1. Расчетная схема ЭСН линии 13р

   Составим схему замещения

 

Рисунок 2. Схема замещения ЭСН линии 13р

Упрощаем схему замещения, вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками короткого замыкания и наносим на схему.

Ричунок 3. Схема замещения упрощённая

Вычисляем сопротивление до каждой точки короткого замыкания и заносим в таблицу 5 «Сводная ведомость токов короткого замыкания»:

Точка К1:

R1 = R1 = 0 мОм; X1 = 0 мОм;

Точка К2:

R1’ = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6;

X1’ = X1 + X2 + X3;

R1’= 15 + 0.4 + 0.61 + 5.9 + 0.7 + 0.7 = 23.3 мОм;

X1’ = 0.84 + 1.6 + 0.7= 3.16 мОм;

Точка К3

R2' = R7 + R8 + R9 + R10;

X2' = X4 + X5;

R2' = 20 + 1.3 + 0.75 + 29.2 = 51.3 мОм;

X2' = 1.2 + 2,02 = 3.2 мОм;

 

 

Точка К2:

 

 

Rк2 = 23.3 мОм;

Xк2 = 3.16 мОм;

 

Точка К3:

Rкз = Rк2 + Rк3; Xк3 = Xк2 + Xк3;

Rк3 = R2’; Хк3 = Х2’;

 

Rк3 = 23.3 +51.3 = 84.6 мОм;

Xкз = 3.16 + 3,2 = 6.36 мОм;

 

Определяем токи короткого замыкания и заносим в сводную ведомость токов короткого замыкания:

 

 

 

 

Расчетные данные заносим в таблицу 5.

2.4.3 Проверяем  правильность выбора автоматического  выключателя SF1, ранее был выбран автоматом ВА 51-33 с Kто = 10.

 

2.5>1,4

Выключатель выбран верно.

Проверяем верность выбора автоматического выключателя SF2, ранее был выбран автоматический выключатель ВА 51-31 с Kто = 10.

 

5,4>1,4

Условие срабатывания верно.

Расчет токов короткого замыкания остальных линий и проверку аппаратов защиты производим аналогично и заносим в таблицу 5.

Таблица 5. Сводная ведомость токов короткого замыкания

 

Точка КЗ	R мОм	X мОм	Z мОм	I кА
К2	23,3	3,16	23,5	9,7
К3	84,6	6,36	84,8	2,7

 

 

 2.5 Выбор распределительного пункта (РП)

2.5.1 Распределительные пункты (РП) предназначены для распределения электрической энергии и защиты электрических установок при перегрузках и токах короткого замыкания, для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей и прямых пусков асинхронных двигателей.

Распределительный пункт выбирают по:

- расчетному  току

- числу отходящих  линий

 

Пример выбора РП проведём на примере РП3:

Расчетный ток для РП1 берём из таблицы 4 «Сводная ведомость электроприёмников, линий электроснабжения и аппаратов защиты ЗЦ», который равен 200А. Число отходящих линий- 7. Выбираем распределительное устройство ПР8501-012-21У3, характеристики заносим в таблицу 6 – «Выбор РП ЗЦ». Расчет для РП2 и РП3 аналогичен, результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6. Выбор РП ЗЦ

РУШНН	Параметры оборудования
Тип	ЩО – 70 – КС – 03У3
Номинальное напряжение	0,4 кВ
Номинальный ток	1000В
Трансформатор тока	Т - 066-200/5
Амперметр	Э8030 – 200/5