Выбор силового трансформатора

Оглавление

Введение                3

1. Расчётная часть              4

1.1. Характеристика учебных мастерских          4

1.2. Выбор рода тока и напряжения            6

1.3. Выбор схемы и способа выполнения силовой сети          6

1.4. Расчёт электрических нагрузок           7

1.5. Расчёт нагрузки освещения          13

2. Расчёт мощности компенсирующих устройств                                           14

3. Выбор силового трансформатора                                                               15

3.1. Расчет потерь мощности в трансформаторах и технико-экономическое сравнение                                                                                                                  16

4. Выбор проводников, коммутационных и защитных аппаратов             19

5. Расчет трехфазного тока КЗ ВН                                                                     27

6. Расчёт токов КЗ НН и проверка элементов схемы электроснабжения   30

7. Выбор оборудования ВН для трансформатора                                           38

8. Расчёт контура заземления                                                                          41

9. Ведомость оборудования и материалов                                                        44

Заключение             45

Литература              46

 

 

Введение

 

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

Системы электроснабжения промышленных предприятий обеспечивают электроэнергией  промышленные потребители.

Основными потребителями являются электроприводы различных машин  и механизмов, электрическое освещение, электрические печи и нагревательные устройства.

Работа промышленных электроприводов  и других потребителей должна находиться в строгом соответствии как с  отдельными электроприемниками так и с комплексами электроприводов, обеспечивающими работу сложных механизмов.

Работа приемников электроэнергии зависит от ее качества. Качество электроэнергии и, в частности, например: отклонение напряжения, вызывает изменение скорости движения электроприводов, что уменьшает  или увеличивает производительность механизмов. Это обстоятельство может  привести к браку, или даже к полной остановке технологического процесса.

Влияние системы электроснабжения на производственный процесс очень  велико. Достаточно сказать, что производственный процесс во многом определяется показателями системы промышленного электроснабжения и электроприводов, которые обеспечивают нормальный режим работы всего предприятия.

В силу изложенного в интересах  нормальной работы промышленного предприятия  необходимо достаточно полное знание комплекса вопросов электроснабжения.

В данной работе поставлена задача, разработать  систему электроснабжения, которая  отвечала бы современным требованиям  по эксплуатации. 

Расчётная часть

    1. Характеристика учебных мастерских

 

Учебные мастерские (УМ) предназначены  для практической подготовки обучаемых. Они являются неотъемлемой частью учебно-материальной базы предприятия.

Кроме того, УМ можно использовать для выполнения несложных заказов  силами учащихся нуждающимся организациям.

В учебных мастерских предусматривается  наличие производственных, учебных, служебных и бытовых помещений.

ЭСН мастерских осуществляется от ТП, расположенной на расстоянии 50м от здания.

ТП подключены к подстанции глубокого  ввода (ПГВ), установленной в 4 км от нее, напряжение 10 кВ. Потребители ЭЭ относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН. Учебно-подготовительный процесс  –  односменный. Основные потребители  ЭЭ – станки различного назначения.

Грунт в районе цеха – супесь с  температурой +20 °С. Каркас здания и  ТП сооружен из блоков-секций длиной 6 и 8 м каждый.

Размеры цеха AxBxH=40x30x9 м, все помещения  двухэтажные высотой 4м.

Перечень ЭО учебных мастерских дан в таблице 1.1.

Мощность электропотребления (Pэн) указана для одного электроприемника.

Расположение основного ЭО УМ показано на плане (рис.1.1).

 

 

 

 

Таблица 1.1. Перечень ЭО учебных мастерских.

№ на плане

Наименование  электроприемников

Рэп, кВт

Ки

cosφ

Примечание

1…3

Деревообрабатывающие станки

12,5

0,2

0,5

  

4…7

Заточные станки

2,8

0,14

0,5

1-фазные

8…11

Сверлильные станки

3,5

0,14

0,5

  

12

Вентилятор вытяжной

7,2

0,7

0,8

  

13

Вентилятор приточный

8,5

0,7

0,8

  

14…17

Сварочные агрегаты

18 кВА

0,5

0,7

1-фазные  ПВ=60%

18…21

Токарные станки

6,3

0,14

0,5

  

22…25

Круглошлифовальные станки

4,8

0,13

0,5

  

26…28

Фрезерные станки

7,5

0,14

0,5

  

29…33

Болтонарезные станки

2,5

0,14

0,5

  

34…38

Резьбонарезные станки

6,2

0,14

0,5

  

 

Рис. 1.1. План учебных мастерских.  

    1. Выбор рода тока и напряжения

 

Приёмники электрической энергии  современных промышленных предприятий  могут быть подразделены на группы, различающиеся по мощности, режиму работы, напряжению, роду тока.

Большая часть электроприёмников – электродвигатели производственных механизмов, электрическое освещение, электрические печи, электросварочные установки – являются, как правило, потребителями трёхфазного переменного тока промышленной частоты- 50 Гц.

Согласно ГОСТ 721-62, номинальные  линейные напряжения электрических  сетей в электроустановках до 1000 В должны соответствовать при трёхфазном переменном токе: 220, 380, 660 В.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют установки  переменного напряжения 380/220В с глухо – заземлённой нейтралью. Выбор данного напряжения и рода тока обеспечивает возможность использования общих трансформаторов для питания силовой и осветительной нагрузки, а также снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях - по сравнению с напряжением 220/127В.

Указанное напряжение следует применять  во всех случаях, где этому не препятствуют какие – либо местные условия  и если технико–экономическими расчётами не доказана целесообразность применения более высокого напряжения. Наибольшая мощность трёхфазных электроприёмников, питаемых от системы напряжением 380 / 220В, не должна превышать величины, допускающей применение контакторов на ток 600 А.

    1. Выбор схемы и способа выполнения силовой сети

 

Схема электроснабжения должна обеспечивать надежность питания потребителей, быть удобной в эксплуатации.

Схемы электрических сетей могут  быть радиальными и магистральными.

Выбираем радиальную схему электроснабжения.

Радиальные схемы применяются  в основном в тех случаях, когда  нагрузки расположены в различных  направлениях от центра питания.

К преимуществам радиальных схем относятся  простота выполнения и надежность эксплуатации электрической сети, возможность  применения быстродействующей защиты и автоматики.

    1. Расчёт электрических нагрузок

 

Расчет электрических нагрузок для группы электроприемников произведем методом коэффициента максимума.

Разбиваем электроприемники цеха на группы. Разбиение электроприемников прослеживается на схеме цеха, а также на схеме электрических соединений.

Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену:

 

,       (1.1)

где  Pн - установленная мощность группы ЭП;

n - количество ЭП одинаковой мощности.

Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

 

Qсм = Pсм ∙tgj ,    (1.2)

где  tgj=tg(arccosj).

Показатель  силовой сборки:

 

,      (1.3)

где  PНmax – номинальная мощность наиболее мощного ЭП в группе;

        PНmin – номинальная мощность наименее мощного ЭП в группе.

Средневзвешенный коэффициент  использования:

 

;            (1.4)

 

Если число ЭП в группе n≥5, КИср.≥0,2 и m<3, то эффективное число ЭП в группе nэ равно числу ЭП в группе n.

Если число ЭП в группе n<5, КИср.≥0,2 и m≥3, то эффективное число ЭП в группе:

 

,     (1.5)

Если число ЭП в группе n≥5, КИср.≥0,2 и m≥3, то эффективное число ЭП в группе:

 

 nэ=n      (1.6)

Если число ЭП в группе n≥5, КИср.<0,2 и m≥3, то эффективное число ЭП в группе:

 

 nэ=,      (1.7)

где  определяется как функция зависимости от ;

где  - отношение числа ЭП с единичной мощностью больше или равной половине наибольшей к числу ЭП в группе;

- относительная мощность наибольших по мощности ЭП.

Если число электроприемников в группе n≥5, КИср.<0,2 и m<3, то эффективное число электроприемников в группе не определяется, а:

 

,     (1.8)

где  КЗ – коэффициент загрузки;

КЗ = 0,75 - для повторно-кратковременного режима;

КЗ = 0,9 - для длительного режима;

КЗ = 1 - для автоматического режима.

 

Максимальная активная нагрузка:

 

,                                 (1.9)

где  Км –коэффициент максимума активной нагрузки, определяемый по таблице 1.5.3 [1].

Максимальная реактивная нагрузка:

 

Qм = К’м ∙ SQсм ,   (1.10)

где   К’м - коэффициент максимума реактивной нагрузки;

при nэ≤10: К’м =1,1; при nэ >10: К’м =1.

 

Максимальная полная нагрузка:

 

.                          (1.11)

 

Сварочные агрегаты являются однофазными  электроприемниками с ПВ 60%. Номинальная мощность сварочного агрегата определяется по формуле:

 

         (1.12)

 

 

Нагрузка 1-фазного сварочного агрегата, включенного на линейное напряжение приводится к условной 3-х фазной мощности считаем:

  1. Определяем активную мощность наиболее загруженную фазу:

Рв=Рф.нб=2Ру=2·9,76=19,52 кВт;

  1. Определяем активную мощность наименее загруженных фаз:

Ра=Рс=Рф.нм.= 1,5·9,76=14,64 кВт;

  1. Определяем коэффициент неравномерности:

(19,52-14,64)/14,64=33%

При Н > 15% и включении на фазное напряжение:

∑Рн =3·Рф.нб =3·19,52=58,56 кВт.

 

Аналогично находим нагрузку 1-фазного  заточного станка, включенного на линейное напряжение приводится к условной 3-х фазной мощности считаем:

  1. Определяем активную мощность наиболее загруженную фазу:

Рв=Рф.нб=2Ру=2·2,8=5,6 кВт;

  1. Определяем активную мощность наименее загруженных фаз:

Ра=Рс=Рф.нм.=1,5·2,8 =4,2 кВт;

  1. Определяем коэффициент неравномерности:

(5,6-4,2)/4,2=33%

При Н > 15% и включении на фазное напряжение:

∑Рн =3·Рф.нб =3·5,6=16,8 кВт.

 

По данным в справочнике [1], для  каждого из ЭП находим коэффициент  использования Ки (табл. 2.45 [1]) и коэффициент мощности cosj (табл. 2.21 [1]) и заносим в табл.1.1.

 

В качестве примера приведем расчет нагрузки распределительного щита  РЩ-1, к которому подключены 11 электроприемников.

Суммарная активная номинальная мощность:

∑Pн = 6,3∙4+4,8∙4+7,5∙3=66,9 кВт.

Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену:

∑Pсм = 0,14∙6,3∙4+0,13∙4,8∙4+0,14∙7,5∙3=9,18 кВт.

Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

∑Qсм = 9,18∙1,73=15,9 кВАр.

Показатель  силовой сборки:

m= 7,5/4,8=1,56.

Средневзвешенный коэффициент  использования:

.

Так как n≥5, КИср.<0,2 и m<3, то эффективное число электроприемников в группе не определяется, а максимальную активную нагрузку находим по коэффициенту загрузки.

Максимальная активная нагрузка:

Pм = 0,9 ∙66,9=60,21 кВт.

Максимальная реактивная нагрузка:

Qм = 1 ∙ 15,9=15,9 кВАр.

Максимальная полная нагрузка:

 

Определяем  ток при максимальной нагрузке:

 

Таблица 1.2. Расчет электрических нагрузок электромеханического цеха

Наименование узлов питания  и приемников

Кол-во ЭП

n

(шт)

Мощность 

Ки

cosφ

tgφ

m

Среднесменная нагрузка

nэ

Кm

Максимальная 
нагрузка

Макс. ток Iм(А)

Рн

(кВт)

n∙Рн

(кВт)

Актив.Рсм (кВт)

Реак. Qсм (кВАр)

Актив. Рм (кВт)

Реак. Qм (кВАр)

Полн

Sм (кВА)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

РЩ-1

                              

Токарные станки

4

6,3

25,2

0,17

0,5

1,73

  

3,53

6,11

            

Круглошлифовальные станки

4

4,8

19,2

0,13

0,5

1,73

  

2,50

4,33

            

Фрезерные станки

3

7,5

22,5

0,14

0,5

1,73

  

3,15

5,45

            

Итого по РЩ-1

11

  

66,9

0,14

0,5

1,73

<3

9,18

15,90

    

60,21

15,90

62,27

94,62

РЩ-2

                              

Болтонарезные станки

5

2,5

12,5

0,15

0,5

1,73

  

1,88

3,25

            

Резьбонарезные станки

5

6,2

31

0,15

0,5

1,73

  

4,65

8,04

            

Итого по РЩ- 2

10

  

43,5

0,15

0,5

1,73

<3

6,51

11,29

    

39,15

11,29

40,75

61,91

РЩ-3

                              

Сварочные агрегаты

4

9,76

58,56

0,2

0,7

1,02

  

11,71

11,95

            

Вентилятор вытяжной

1

7,2

7,2

0,7

0,8

0,75

  

5,04

3,78

            

Вентилятор приточный

1

8,5

8,5

0,7

0,8

0,75

  

5,95

4,46

            

Итого по РЩ- 3

6

  

74,26

0,31

0,75

0,89

<3

22,7

20,19

6

1,86

42,22

22,21

47,71

72,5

РЩ-4

                              

Деревообрабатывающие станки

3

12,5

37,5

0,2

0,5

1,73

  

7,5

12,98

            

Заточные станки

4

5,6

16,8

0,14

0,5

1,73

  

2,35

4,07

            

Сверлильные станки

4

3,5

14

0,14

0,5

1,73

  

1,96

3,39

            

Итого по РЩ-4

11

  

68,3

0,17

0,5

1,73

>3

11,81

20,44

11

1,9

22,44

20,44

30,35

46,12

Итого по цеху

38

                            

Освещение цеха

    

18

0,85

0,9

0,5

  

15,3

7,65

    

15,3

7,65

17,11

25,99

Итого по подстанции

38

  

270,96

0,24

 0,92

0,43

  

65,5

75,47

    

179,32

77,49

195,35

296,8


 

    1. Расчёт нагрузки освещения

 

Нагрузка электрического освещения  определяется по удельной мощности, Вт/м2. Для этого определяется площадь цеха по масштабу генплана в реальном измерении, м2. Расчетная нагрузка определяется с учетом коэффициента спроса Кс.

В качестве источника освещения  выбираем ртутные лампы (ДРЛ), имеющие Кс=0,85; cosφ=0,9 ( tgφ=0,5).

 

Установленная мощность осветительных  приемников:

 

Pу.o= Руд·F, (1.13)

где   Руд – установленная мощность, кВт;

 F – площадь цеха, м2.

 

Удельная мощность нагрузки освещения: Руд= 0,015 кВт/м2, тогда:

Pу.o= 0,015·1200 = 18 кВт.

 

Активная расчетная осветительная  мощность:

 

Рр.о.= Кс ∙Ру.о; (1.14)

Рр.о=0,85·18 = 15,3 кВт.

 

Реактивная расчетная осветительная  мощность:

 

Qp.o.= Pp.o. ∙tgj; (1.15)

Qp.o.= 15,3·0,5 =7,65 кВАр.

 

 

Расчёт  мощности компенсирующих устройств

 

Рассчитываем  реактивную мощность конденсаторной установки, необходимую для компенсации  реактивной мощности:

 

(2.1)

где   α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом,

принимаем α = 0,9;

tgφ1, tgφ2 – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации,

принимаем tgφ2 = 0,33.

 

QКУ = 0,9∙179,32∙(0,43-0,33) = 16 кВАр.

 

Выбираем  2 штуки УК-0,38-12,5 У3 на 12,5 кВАр.

Покажем нагрузки до установки КУ и после в табл. 3.1.

 

Фактическое значение tgφф и cosφф после компенсации реактивной мощности:

tgφф==0,28;  cosφф=0,96.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор силового трансформатора

 

Определяем  потери в трансформаторе по формулам:

 

ΔPT = 0,02∙Sм∑; (3.1)

  ΔQТ = 0,1∙ Sм∑;     (3.2)

ΔPT = 0,02∙195,35 = 3,91 кВт;

ΔQТ = 0,1∙195,35 = 19,5 кВАр;

ΔSТ = = 19,89 кВА.

Суммарные мощности цеха:

 

Рр(НН) = Рм∑ + ∆Р;     (3.3)

Qр(НН) = Qм∑ + ∆Q.    (3.4)

Рр(НН) = 179,32+3,91 = 183,23 кВт;

Qр(НН) = 77,49+19,5 = 96,99 кВАр.

Расчетная мощность трансформатора без учёта компенсации реактивной мощности, но с учётом потерь в трансформаторе:

.

Все данные сводим в табл. 3.1.

 

Таблица 3.1. Сводная ведомость нагрузок.

 

cosφ

tgφ

Рр,кВт

Qр, квар

Sр, кВ∙А

Всего на НН без КУ

0,68

1,07

179,32

77,49

195,35

КУ

      

25

  

Всего на НН с КУ

0,93

0,38

179,32

52,49

186,84

Потери

    

3,91

19,5

19,63

Всего ВН с КУ

    

183,23

71,99

196,86


 

Выбираем для цеха двухтрансформаторную подстанцию с трансформаторами 160 кВА. Сравним технико-экономическим расчетом установку аналогичной подстанции с двумя трансформаторами на 250 кВА.

    1. Расчет потерь мощности в трансформаторах и технико-экономическое сравнение

 

Приведем данные сравниваемых трансформаторов в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2. Технические данные трансформаторов

n

Тип трансформатора

Sном, кВА

Uном, кВ

Потери, кВт

Uк.з

%

Iх.х.

%

Стоимость

тыс. руб.

В.Н.

Н.Н

∆Рх.х.

∆Рк.з.

2

ТМ-160/10

160

10

0,4

0,73

2,65

4,5

2,4

134

2

ТМ-250/10

250

10

0,4

1,05

3,7

4,5

2,3

157


 

Определяем возможность допустимой перегрузки трансформатора в послеаварийном режиме:

 

Кза= Sм/ Sном(n-1) ≤ 1,4    (3.5)

Кза1 = 195,35/160(2-1)=1,22 ≤ 1,4

Кза2 = 195,35/250(2-1)=0,78≤ 1,4

Находим  потери мощности и энергии  в трансформаторах в год:

 

Qх.х. = Sном∙Iх.х. / 100;    (3.6)

∆Р 'х.х. = ∆Рх.х. + Кип∙Qх.х.;   (3.7)

Qх.х.1 = 160∙2,4/100 = 3,84 квар;

Qх.х.2 = 250∙2,3/100 = 5,75 квар;

∆Р 'х.х.1 = 0,73 + 0,12∙3,84 = 1,19 кВт;

∆Р 'х.х.2 = 1,05+ 0,12∙5,75 = 1,74 кВт.

Находим приведенные потери активной и реактивной мощности, при коротком замыкании:

 

Qк.з. = Sном∙Uк.з. / 100;    (3.8)

Рк.з. = ∆Рк.з. + Кип∙Qк.з.;    (3.9)

Wа = n∙(∆Р 'х.х.∙8760+Кз2∙Рк.з. ∙τм );   (3.10)

Qк.з.1 = 160∙4,5/100 = 7,2 квар;

Qк.з.2 =250∙4,5/100 = 11,25 квар;

Рк.з.1 = 2,65 + 0,12∙7,2 = 3,51 квар;

Рк.з.2 = 3,7 + 0,12∙11,25 = 5,05 квар;

Wа1 = 2∙ (1,19∙8760+0,61 2∙3,51∙1300) = 24,245 кВтч;

Wа2 = 2∙ (1,74∙8760+0,39 2∙5,05∙1300) = 32,482 кВтч.

Капитальные затраты:

К1 = 2∙134= 268 тыс. руб.;

К2 = 2∙157= 314 тыс. руб..

Определяем  стоимость потерь электрической  энергии:

 

Сп = С0∙Wа;    (3.11)

Сп1 = 2∙24,245 = 48,490 тыс. руб.;

Сп2 = 2∙32,482 = 64,964 тыс. руб..

Определяем  амортизационные отчисления:

 

Са = Ка∙К;     (3.12)

Са1 = 0,063∙268 = 16,884 тыс. руб.;

Са2 = 0,063∙314 = 19,782 тыс. руб..

Находим годовые эксплуатационные расходы:

 

С = Сп + Са;    (3.13)

С1 = 48,490 + 16,844 = 65,334 тыс. руб.;

С2 = 64,964 + 19,782 = 84,746 тыс. руб..

Результаты  расчетов сводим для сравнения в  таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3. Результаты расчетов экономического сравнения

№ варианта

К, тыс. руб.

С, тыс. руб.

1

268

65,334

2

314

84,746


Так как  К1<К2  и С1< С2 , то выбирается первый вариант, КТП с двумя трансформаторами типа ТМ-160/10, мощностью 160 кВА.

Выбор проводников, коммутационных и защитных аппаратов

 

Электрические сети и электроприемники необходимо защищать от токов короткого  замыкания и от длительных токовых  перегрузок.

В качестве аппаратов защиты от коротких замыканий следует широко применять плавкие предохранители. Автоматы должны устанавливаться только в следующих случаях:

- необходимость автоматизации  управления;

- необходимость обеспечения более скорого по сравнению с предохранителями восстановления питания, если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключений и отсутствие эффекта ограничения тока короткого замыкания;

- частые аварийные отключения.

Проанализировав все выше изложенное, принимаем решение - выполнить  защиту электродвигателей автоматическими  выключателями серии ВА с комбинированным  расцепителем, которые выбираются по следующим условиям:

 

, (4.1)

 

, (4.2)

 

где  IНА – номинальный ток автомата, А;

IН.Т.Р. – номинальный ток расцепителя, А.

Ток срабатывания электромагнитного  расцепителя  IСР  проверяется по максимальному кратковременному току линии IПИК:

 

. (4.3)

 

Для подключения электроприемников  к распределительным щитам необходимо обеспечить защиту отходящих линий, которая осуществляется плавкими предохранителями или автоматическими выключателями.

 

Номинальный ток плавкой  вставки IВ предохранителя определяется:

  1. по величине длительного расчетного тока IР:

 

, (4.4)

где IР – расчетный ток, А.

  1. по условию перегрузок пусковыми токами:

 

, (4.5)

где IПИК – максимальный кратковременный (пиковый) ток, A;

       a - коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска принимается равным 2,5, при тяжелых - 1,6 …2,0, для ответственных потребителей – 1,6.

принимаем a=2,5 для всех потребителей цеха.

 

При выборе предохранителя для одного электродвигателя в качестве IР принимается его номинальный ток IН, а в качестве IПИК – пусковой ток IПУСК.

По селективности номинальные  токи плавких вставок предохранителей, расположенных последовательно  по направлению потока мощности, должны различаться не менее чем на две  ступени.

Пусковой ток определяется по формуле:

 

Iпуск = Iн ∙Кп , (4.6)

где  Кп – пусковой коэффициент;

принимаем Кп=7 за неимением паспортных данных о двигателях, установленных на станках.

 

Пиковый ток группы определяется по формуле:

 

, (4.7)

где   Iпуск.нб. – наибольший из пусковых токов приемников в группе, А;

Iн.нб – номинальный ток наиболее мощного электроприемника;

Ки.нб – коэффициент использования, характерный для приемников с Iпуск.нб.

 

Выбор силового трансформатора 📙 Курсовая → 🆔 58440

Выбор силового трансформатора 📙 Курсовая → 🆔 58440

Выбор силового трансформатора