Проектирование схемы электроснабжения и плана силовой сети цеха

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

Электроснабжения промышленных предприятий

(наименование кафедры)

Корельский Вадим Сергеевич

(ф.и.о. студента)

Факультет ПЭ курс IV группа 6 1

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: “Электроснабжение промышленных предприятий”

На тему: “Проектирование схемы электроснабжения и плана силовой сети цеха”

Отметка о зачете _____________________________

^(дата)

Руководитель зав._кафедрой ЭПП___________Волков В.М. 1

________

^(дата)

Архангельск 2006

Содержание

Задание

1. Проектирование электроснабжения сборочного цеха

1.1 Выбор схемы цеховой сети

1.2 Расчет электрических нагрузок цеха

1.3 Компенсация реактивной мощности в цехе

1.4 Выбор мощности цеховых трансформаторов

1.5 Выбор оборудования цеховой сети

1.5.1 Выбор силовых распределительных пунктов

1.5.2 Выбор сечения проводов и кабелей

Литература

Задание.

Вариант № 68.

Оборудование и нагрузки электроремонтного цеха.

Таблица 1

Рисунок 1 План электроремонтного цеха.

1. Проектирование электроснабжения сборочного цеха.

1.1 Выбор схемы цеховой сети

По категории бесперебойности электроснабжения данный цех относится ко II категории. Исходя из этого, выбираем двухтрансформаторную цеховую подстанцию.

Все силовые потребители электроэнергии являются потребителями трёхфазного тока, напряжением 380 В.Осветительная нагрузка равномерно распределена по фазам.

Выбор схемы цеховой сети начинаем с определения месторасположения КТП цеха. КТП в целях экономии металла и электроэнергии рекомендуется устанавливать в центре электрических нагрузок. Координаты центра определяются из соотношений [5, с.233, ф.9.2]:

;

где - расчетная мощность i-го электроприемника, кВт;

- координаты i-го электроприемника, м.

Для упрощения расчеты сведем в таблицу 3. В этой таблице представлены координаты приемников механического цеха, их установленные мощности, коэффициенты использования, а также активная расчетная нагрузка каждого приемника. Активную расчетную нагрузку i-го электроприемника определяем методом, основанным на использовании коэффициента спроса по формуле:

Таблица 2

1.2 Расчет электрических нагрузок цеха

Для расчета электрических нагрузок промышленного предприятия рекомендуется использовать метод упорядоченных диаграмм.

Расчетная максимальная активная нагрузка группы электроприемников определяется по формуле [4, с.19, ф.2.19], кВт

Р_макс = К_макс · К_и · Р_ном = К_макс · Р_см,

где Р_ном – суммарная номинальная активная мощность электроприемников, кВт;

Р_см – средняя мощность за наиболее загруженную смену, кВт;

К_и – групповой коэффициент использования;

К_макс – коэффициент максимума.

Для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная мощность приводится к длительному режиму (ПВ = 100%) и определяется по формуле [4, с.16, ф.2.7], кВт

р_ном = р_п ,

где р_п и ПВ_п – соответственно паспортная мощность и паспортная продолжительность включения.

Для сварочных трансформаторов номинальная мощность определяется по формуле [4, с.16, ф.2.9], кВт

р_ном = S_п cosφ_п ,

где S_п – паспортная мощность сварочного трансформатора и паспортные значения cosφ_п и ПВ_п.

Суммарная номинальная активная мощность группы электроприемников определяется по формуле

Р_ном = .

Средняя активная и реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену одного приемника определяется по формуле

р_см = р_ном · к_и; q_см = р_см · tgφ_п,

где к_и – коэффициент использования электроприемников принимаем по [2, с.31, прил.1].

Для группы электроприемников

Р_см = , Q_см = .

Групповой коэффициент использования определяется по формуле [3, с.81, ф.2.9]

К_и = Р_см / Р_ном .

Коэффициент максимума К_макс определяется в зависимости от группового коэффициента использования К_и и эффективного числа электроприемников n_эф [2, с.9, табл.3].

Для нахождения n_эф определим показатель силовой сборки [4, с.21, ф.2.23]

m = p_{ном.макс} / р_{нои.мин},

где p_{ном.макс} – номинальная мощность наибольшего электроприемника в группе, кВт;

р_{нои.мин} – номинальная мощность наименьшего электроприемника в группе, кВт.

При К_и > 0,2 и m > 3 эффективного числа электроприемников определяют по формуле [4, с.22, ф.2.25]

n_эф = 2·Р_ном / p_{ном.макс}.

В тех случаях, когда n_эф > n, то следует принимать n_эф = n.

Расчетная максимальная реактивная мощность определяется по формуле [4, с.22, ф.2.27]

Q_макс = К^’_макс · Q_см,

где К^’_макс – коэффициент максимума реактивной нагрузки,

при n_эф ≤ 10 К^’_макс = 1,1, а при n_эф > 10 К^’_макс = 1.

Нагрузки электрического освещения учитываются по формулам [2,с.11, ф.9]

Р_p.o. = p_o. · F · K_c.o., Q_p.o. = P_p.o · tgφ_o

где - нагрузка производственной площади, для высоты помещений 4-6 м и требуемой для таких цехов освещённости 300 лк , Вт/;

F - площадь цеха, F = 864;

- для ламп ДРЛ tgφ₀ = 1,39;

- коэффициент спроса на осветительную нагрузку, для производственных зданий, состоящих из ряда пролётов Кс.о = 0,95 [3, с.100, табл.2.7].

Полная расчетная нагрузка цеха с освещением определяется по формуле [2,с.11, ф.10]

Потери в трансформаторе можно на этой стадии проектирования определить по формулам [2, с.13, ф.13, 14]

ΔР_Т = 0,02 S^’_p, ΔQ_Т = 0,1 S^’_p.

Итого по цеху полная расчетная мощность

.

Расчетный ток определяется по формулам:

для одного приемника

для группы приемников

.

Электроснабжение осветительных установок цеха

Питание светильников общего освещения осуществляется на напряжении 380В переменным током при заземленной нейтрали.

Электроснабжение рабочего освещения выполняется самостоятельными линиями от РУ-1 подстанции, а аварийного освещения выполняется от РУ-2 подстанции.

Таблица 3

1.3 Компенсация реактивной мощности в цехе.

Для определения реактивной мощности, которую необходимо скомпенсировать требуется знать суммарную реактивную мощность цеха с учётом освещения, а также потери в трансформаторах. Потери в трансформаторах определяем по формулам [8,стр.13]:

;

Суммарная реактивная мощность цеха с учетом освещения и потерь в трансформаторах равняется:

Для компенсации этой реактивной мощности целесообразней выбирать низковольтные конденсаторные батареи. Так как высокие капитальные затраты вкладываются в КТП, то компенсацию производим с таким расчетом, чтобы снизить мощность трансформаторов на цеховой подстанции. При компенсации с высокой стороны высоковольтными конденсаторными батареями снижаются затраты на сами установки, но мощность трансформаторов КТП получается значительная. Компенсация небольшой реактивной мощности с высокой стороны также требует больших затрат, чем компенсация с низкой т.к. требуются еще затраты на вводное устройство высокого напряжения.

Принимаем две конденсаторные установки типа КРМ-04-75 кВАр напольного исполнения [7; 04.10.17-02] табл. 4. Присоединим его к РУ НН через S93С100.

Устанавливаем комплектные конденсаторные установки с низкой стороны подстанции, на каждой из секций. С учетом реактивных потерь в трансформаторах принятая мощность конденсаторной батареи почти полностью компенсирует потребляемую реактивную мощность.

1.4 Выбор мощности цеховых трансформаторов.

Расчетная нагрузка цеха с учетом освещения, компенсации реактивной мощности и потерь в трансформаторах:

Р_р= 179,42 кВт S_p= 223,60 кВА

Мощность трансформатора определим по формуле:

где n - число трансформаторов цеховой ТП, n = 2.

- доля потребителей 1 и 2 категории в общей нагрузке предприятия, = 1

- коэффициент аварийной допустимой перегрузки трансформатора, =1,4.

кВА

Выбираем два трансформатора по 160 кВА марки ТМ 160/10-У1 табл. 5 [7; 03.00.14.-03] и КТПП-160/10 [7; 03.61.02.-01]. Комплектная трансформаторная подстанция выполняется пристроенной.

Таблица 5

1.5 Выбор оборудования цеховой сети

1.5.1 Выбор силовых распределительных пунктов.

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды используем распределительные пункты серии ПР компании ЭТМ [5]. Они предназначены для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты.

Параметры выбранных распределительных пунктов сведем в таблицу 6.

Таблица 6

Шкафы ПР8513-31-10-1ХХ-21-11М, ПР8513-29-10-1ХХ-21-11М изготавливаются навесного исполнения, с вводными выключателями серии и ВА103-4/63 – D, ВА103-4/40 - D.

Шкафы ПР8513-33-10-2ХХ-21-11М, ПР8513-33-10-2ХХ-21-11М изготавливаются напольного исполнения, с вводными выключателями серии ВА103-35/160 - Д.

Эти шкафы предназначены для распределения электроэнергии, защиты электроустановок при перегрузках и токах к.з.

1.5.2 Выбор сечения проводов и кабелей.

Питающие низковольтные сети (от РУ до СП) выполняем кабелем АВВГ, способ прокладки в канале. Распределительные сети (от СП к отдельным электроприемникам) выполняем кабелем АВВГ в канале и в трубах. Определяется по [9, с.426, табл. 12.4]

Сечение кабелей для напряжения до 1 кВ при нормальных условиях прокладки определяется из двух соотношений:

- по условию нагрева длительным допустимым током

I_{норм.доп} ≥ I_дл.;

- по условию соответствия выбранному аппарату максимально-токовой защиты

I_{норм.доп} ≥ k_защ·I_защ.,

где I_{норм.доп} – допустимая токовая нагрузка для проводника, для кабелей АВВГ [6, с.19, табл.1.3.7];

I_дл – длительный расчетный ток, А;

k_защ – коэффициент защиты определяется по [4, с.204, табл. 5.9]

I_защ – номинальный ток и ток срабатывания защитного аппарата, А.

Длительный расчетный ток определяется по формулам:

для одного приемника

,

для группы приемников

.

Проверка проводов по нагреву

В качестве СП используется силовые пункты с автоматическими выключателями. Автоматические выключатели обладают рядом преимуществ: после срабатывания автоматический выключатель снова готов к работе, в то время как в предохранителе требуется замена калиброванной плавкой вставки, увеличивающая время простоя ЭП; более точные защитные характеристики; совмещение функций коммутации электрических цепей и их защиты; наличие в некоторых автоматических выключателях независимых расцепителей и др.

Номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя выбирают по длительному расчетному току линии [4, с.205, ф. 5.12]

I_т > I_дл.

Номинальный ток электромагнитного I_эл или комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирают также по длительному расчетному току линии [4, с.205, ф. 5.13]

I_эл ≥ I_дл.

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_ср.эл проверяют по максимальному кратковременному току линии [4, с.205, ф. 5.14]

I_ср.эл ≥ kI_кр,

где k – коэффициент учитывающий неточность при определении I_кр при разбросе характеристик электромагнитных расцепителей автоматических выключателей, k = 1,25.

Для ответвления, идущего к одиночному электродвигателю I_кр равен пусковому току электродвигателя I_п.

Пусковой ток АД с короткозамкнутым ротором определяется как [1, с.27]

I_кр = I_п = 5· I_ном.

Для сварочных трансформаторов [1, с.27]

I_кр = I_п = 3· I_ном.

Пиковый (кратковременный) ток для группы электроприемников определяется по формуле

I_кр = I_пик = I_{пуск.макс} + (I_макс – I_ном · k_и),

где I_{пуск.макс} – наибольший из пусковых токов двигателей в группе, А;

I_макс – максимальный расчетный ток группы электроприемников, А;

I_ном – номинальный ток электроприемника имеющий наибольший I_пуск, А;

k_и – коэффициент использования для электроприемника имеющего наибольший пусковой ток.

Диаметр труб находим по формуле:

где d1,d2,...,dn - наружный диаметр провода;

n1,n2,...,nn - число проводов и кабелей данного размера.

Для удобства результаты расчетов сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Длину кабеля определяем согласно масштабу цеха. Полную длину кабеля определяем как сумму длин согласно масштабу и 1,5 м как запас на разделку и выводы кабелей из каналов (труб) до места подключения ЭП.

Приложение №1

Пояснение выбора выключателя

Выбор выключателей произведем с помощью время-токовых характеристик

Для защиты силовых пунктов и других подключений к шинам РУ из литературы [5] выбираем автоматические выключатели серии ВА103, ВА201, предназначенных для проведения тока в нормальном режиме и отключения при коротких замыканиях, перегрузках, а также для оперативных включений и отключений электрических цепей переменного тока частотой 50 Гц напряжением 380 В.

Выключатели имеют сертификаты и соответствует требованиям ГОСТ:

1. Выключатели серии ВА103:

− Соответствуют требованиям ГОСТ Р 50030.2−99

− Сертификат № РОСС СN.МЕ86.В00100 (4211514)

– Орган по сертификации продукции электротехники АНО ЦСЭ

«НИИЭЛЕКТРОАППАРАТ», РОСС RU.0001.1ME86

2. Выключатель серии ВА201:

− Соответствует требованиям ГОСТ Р 50030.2−99

− Сертификат № РОСС СN.МЕ86.В00101 (4211565)

− Орган по сертификации продукции электротехники АНО ЦСЭ «НИИЭЛЕКТРОАППАРАТ», РОСС RU.0001.1ME86

Рис. 1 − Амперсекундная характеристика выключателя серии ВА201-В

Рис 2 − Амперсекундные характеристики выключателя серии ВА103-D

Необходимым условием корректной работы коммутационной аппаратуры в цехе является согласование рабочих амперсекундных характеристик автоматических выключателей. На рис.3 показано, что избирательность выключателей достигнута. Амперсекундные характеристики выключателей не пересекаются.

Рис. 3 Амперсекундные характеристики выключателей серии ВА-201 и ВА103

Рисунок 3− Амперсекундные характеристики выключателя серии ВА103-С

Таблица 1 Время-токовые рабочие характеристики

Литература

1. Барченко Т.Н., Закиров Р.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие к курсовому проекту. – Томск, изд. ТПИ им. С.М Кирова, 1993.

2. Волков В.М. Электроснабжение промышленных предприятий: методические указания к курсовому и дипломному проектированию. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005.

3. Коновалова Л. Л., Рожкова Л. Д. Электроснабжение предприятий и установок: Учебное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. для студ. вузов. – М: Высш. шк., 1986.

5. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1979.

6. Правило устройства электроустановок. Шестое издание. Дополненное с исправлениями. – М.: Госэнергонадзор, 2000.

7. Промышленный каталог электротехнической продукции «Информэлектро».

8. Томилёв Ю.Ф., Никулин Л.Г., Селедков М.С. «Электроснабжение промышленных предприятий»: Методические указания к курсовому проектированию. – Архангельск РИО АЛТИ, 1986

9. Соколов Б.А., Соколова Н.Б., «Монтаж электрических установок»: Третье