Электроснабжение зданий и населенных мест с основами электротехники и электроники

Оглавление

Бланк задания………………………………………………………………3

Задание №1 Расчет цепи постоянного тока…..…………………………..4

Задание №2 Расчет цепи синусоидального тока…..……………………..11

Задание №3 Расчет трехфазной цепи……………………………………15

Задание №4 Расчет мощности и выбор двигателя электропривода….19

Задание №5 Электроснабжение котельной установки………………..25

Введение................................................................................................26

5.1 Исходные данные расчетного задания.............................................27

5.2 Источники электроснабжения и подключение к ним.......................28

5.3 Схемы электроснабжения электрооборудования котельной установки............................................................................................................29

5.4 Расчет мощностей и выбор двигателей насосов основного технологического тракта.................................................................................31

5.5 Расчет потребляемой электрической мощности...............................33

5.6 Расчет мощности и выбор компенсирующих устройств..................37

5.7 Расчет мощности и выбор комплектной трансформаторной подстанции......................................................................................................38

5.8 Расчет фазных токов электрических приемников котельной установки........................................................................................................41

5.9 Выбор силовых распределительных щитов.......................................43

5.10 Выбор кабелей и проводов электрической сети котельной установки..........................................................................................................48

5.11 Выбор защитных устройств для электрооборудования котельной установки.........................................................................................................52

5.12 Расчет и выбор устройств электрической схемы аварийного освещения.........................................................................................................55

5.13 Расчет зазаемления.............................................................................58

5.14 Электрическая схема элекетроснабжения котельной..................63

Список использованных источников........................................................65

Бланк задания

Министерство образования и науки РФФГБОУ ВО Тульский государственный университетКафедра «Санитарно-технические системы»Задание на КР №____ФИО студента . гр.ИБ360891на курсовую работу по дисциплине «Электроснабжение зданий и населенных мест с основами электротехники и электроники»Задание №1 «Расчет цепи постоянного тока»№ схемы__38___ Исходные данные.ВВВОмОМОмОмОмОмОмОмОм285951,11,41,7665544Задание №2 «Расчет цепи синусоидального тока»№ схемы___32__ Исходные данные.ЕВГцОммГнмкФОммГнмкФОммГнмкФ150sin(ωt+2250)5025125--180-405025Задание №3«Расчет трехфазных цепей»№ схемы__12___ Исходные данные.Величиналинейного напряжения, ВОмОмОмОмОмОмОмОмОм12720---20--20-Задание №4 «Расчет мощности и выбор двигателя электропривода»N, об|мин 1зад/2задMi, Нм (1зад/2зад)ti. с(1зад/2зад)12345123451 зад. 1470 об/мин160135100901401218241882 зад. 900 об/мин25014018050012162020180Задание №5 «Электроснабжение котельной установки»Исходные данные для проектированияКол-во водогрейных котлов- ___4____Марка водогрейного котла - ___КВ – ГМ – 6,5 – 150 Кол-во паровых котлов - _____2____Марка парового котла - _______ДE – 16 – 14ГМ _Вид топлива - мазут_Условия внешнего электроснабжения:Линия подключения - кабельная___________Напряжение линии подключения - _10 кВ___________Номинальная мощность сварочного трансформатора - 36Аварийное освещение:Мощность аварийного освещения в % от мощности рабочего освещения - 8_Напряжение сети аварийного освещения - 36Тип аккумуляторных батарей -ЖНГрунт - суглинокДата выдачи задания_______________________Срок защиты курсовой работы_______________________Задание принял студент_________________________Задание выдал _________________________________Примечание: данный бланк задания прилагается к пояснительной записке, без него студент к защите не допускается.Задание №1 Расчет цепи постоянного токаЗадана эквивалентная схема замещения цепи постоянного тока и ее параметры (Приложение 5). Выполнить следующие действия по ее расчету:1. Составить систему расчетных уравнений для определения токов в ветвях схемы, используя оба закона Кирхгофа непосредственно (метод законов Кирхгофа);2. Рассчитать токи в ветвях схемы, используя метод контурных токов;3. Составить и проверить баланс мощностей.4. Определить показания приборов.Рис.38Параметры схем замещения ( для первого расчетного задания)НомерВариант(по двум последним цифрам зачетной книжки)рисунок--ВВВОмОМОмОмОмОмОмОмОм3238285951,11,41,7665544Решение:1. Составим систему уравнений, необходимых для определения токов по первому и второму законам Кирхгофа. Для этого составим расчетную схему (рисунок 1.2).Рис.1.2Произвольным образом задаемся направлением токов в ветвях. За положительное направление обхода контура принимаем направление по часовой стрелке.Составляем (n-1)=(4-1)=3 уравнения по первому закону Кирхгофа, где n=4 – число узлов.Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Ток, притекающий к узлу, берем со знаком «+», вытекающий – со знаком «-».Остальные [m-(n-1)]=[6-(4-1)]=3 уравнения составляем по второму закону Кирхгофа, где m=6 – число ветвей (неизвестных токов).Алгебраическая сумма ЭДС в контуре равна алгебраической сумме падений напряжений берем со знаком «+» если их направление совпадает с положительным направлением обхода контура, в противоположном случае со знаком «-». Таким образом, система уравнений, необходимых для определения токов по первому и второму законам Кирхгофа выглядит следующим образом:Подставляя числовые данные, получим:Определим определители и значения токов в ветвях цепи, решая матрицу методом Крамера:;;;;;;;Вычисляем токи в ветвях:; ; ; ; ; .Отрицательный результат означает, что ток течёт в направлении противоположном выбранному, однако в нашем случае, направления всех токов, кроме , выбраны правильно и совпадают с изображением на рис.1.22. Расчет цепей методом контурных токов.Данный метод является следствием законов Кирхгофа. Метод контурных токов (МКТ) позволяет значительно упростить расчет электрических цепей за счет уменьшения порядка системы уравнений. В методе вводятся фиктивные контурные токи, протекающие в независимых контурах.Исходим из того, что в любом независимом контуре (ячейки) течёт свой контурный ток. Произвольно задаёмся направлением контурных токов (рис. 1.3).Рис.1.3Вводим контурные токи , где k – количество независимых контуров. Число контурных токов определяется как .Для каждого из контурных токов записываются контурные уравнения, имеющие следующий вид:где контурный ток k-го контура; – собственное сопротивление k-го контура (сумма всех сопротивлений, входящих в контур); – сопротивления, входящие одновременно в соседние контуры k и m; – контурный ток для контура m; – сумма источников ЭДС, входящий в контур k.Перед слагаемым берется знак «+», если на соответствующем сопротивлении направления токов и совпадают, знак «–» в противоположном случае. Знак перед источником напряжениемисточника ЭДС «+», если направление тока и напряжения совпадает, знак «–», если не совпадают.Составим систему уравнений:Определим определители и значения контурных токовцепи, решая матрицу методом Крамера:; ;; .Вычисляем контурные токи:; ;.Находим фактические токи, как сумму или разность соответствующих контурных токов (во внешних ветвях они равны контурным, а во внутренних равны разности смежных контурных токов).; ;; ; . Как видим, значения и направления всех токов совпали с вычисленными по законам Кирхгофа.3. Составим и проверим баланс мощностей.Мощность, вырабатываемая источниками ЭДС, равна мощности потребляемой приёмниками.Баланс сошелся. Задача решена правильно.4. Определяем показания приборов (вольтметра).Вольтметр можно заменить стрелкой напряжения U произвольного направления. Для этого контура напряжений уравнение по II закону Кирхгофа имеет видотсюдаилиПоказание вольтметра: 18,71 В.Задание №2 Расчет цепи синусоидального токаЗадана эквивалентная схема цепи синусоидального тока и ее параметры (Приложение 6). Выполнить следующие действия:1. Рассчитать токи в ветвях и напряжения на элементах схемы;2. Составить и проверить баланс полных, активных и реактивных мощностей.3. Определить показания приборов.4. Начертить векторную диаграмму произвольного контура.Таблицы данных ко второму расчетному заданиюПараметры источников ЭДСНомерЕВариантрисунокВГц1234323250Параметры схемы замещения(для второго расчетного задания)НомерВарианта-ОммГнмкФОммГнмкФОммГнмкФ3225125--180-405025Рис.2 Схема к задаче 2 (рис.32)Решение: Изобразим расчетную схему (рисунок 2.1).Рис. 2.11. Реактивные сопротивления элементов Рис.2.1цепи: Находим комплексные сопротивления ветвей, затем участков цепи и всей цепи:Выразим действующее значение напряжений в комплексной форме:Вычисляем токи ветвей и общий ток цепи:Проверку проведем по первому закону Кирхгофа:Проверка выполняется.Напряжение на элементах схемы замещения цепи: 2. Составим и проверим баланс полных, активных и реактивных мощностей.Комплексная мощность цепи:, где (знак плюс определяет индуктивный характер нагрузки в целом).Активная и реактивная мощность приемников:Баланс мощностей выполняется: или в комплексной форме: где - баланс полностью сходится.3. Определить показания приборов.Показания ваттметра: 78,307 Вт;Показания вольтметра: 72,646 В.4. Построим в масштабе на комплексной плоскости векторную диаграмму токов (рисунок 2.2).Рис. 2.2. Векторная диаграмма токовЗадание №3 Расчет трехфазной цепиЗаданы эквивалентная схема замещения трехфазного приемника и ее параметры, а также задано линейное напряжение со стороны приемника (Приложение 7).Выполнить следующие действия:1. Определить линейные токи, фазные токи и фазные напряжения;2. Рассчитать активную, реактивную мощность на всем приемнике и на каждой фазе в отдельности;3. Построить на комплексной плоскости векторную диаграмму токов и напряжений.Таблицы данных (для третьего расчетного задания)Параметры линейного напряженияНомерВеличиналинейного напряжения, ВариантрисунокВ1233212127Параметры схемы замещения трехфазного приемника(для третьего домашнего задания)НомерВарианта-ОмОмОмОмОмОмОмОмОм3220---20--20-Рис.3 Схема к заданию 3 Решение: При соединении трехфазной цепи звездой (рис.3.1) расчет будем вести комплексным способом.Рис.3.1 1. Нагрузка не симметричная, поэтому сопротивления в фазах не одинаковые:При не симметричной нагрузке действующее значение фазного напряженияФазные напряжения источника и потребителя равны между собой и составляют симметричную систему:Определяем напряжение между нейтральными точками приемника и источника питания:Определяем фазные напряжения на зажимах фаз приемника:;;;Токи в фазах определяются по закону Ома:модуль , ;модуль , ;модуль , .Из рассмотрения этой задачи следует, что напряжения на зажимах фаз приемника получаются неодинаковыми. Поэтому несимметричные приемники (бытовые и др.) соединяют либо четырех- проводной звездой, либо треугольником.2.Вычисляем мощности каждой фазы и всей цепи: ,где ,где ,где где 3.Строим в масштабе векторную диаграмму напряжений и токов (рис.3.2).На векторной диаграмме под углом 120° друг относительно друга строятся векторы фазных напряжений одинаковой длины.Векторы фазных токов строятся в масштабе под вычисленными углами φ по отношению к фазным напряжениям. Рис.3.2. Векторная диаграмма напряжений и токовИз диаграммы видно, что фазные напряжения для несимметричных приемников при отсутствии нейтрального провода равны векторной разности соответствующих фазных напряжений трехфазного генератора и напряжения смещения нуля .Задание №4 Расчет мощности и выбор двигателя электропривода1. Для заданного варианта (Приложение 8, табл. 1) начертить в масштабе нагрузочную диаграмму двигателя, рассчитать мощность, выбрать тип двигателя для режима с длительной переменно-периодической нагрузкой (Приложение 8, табл. 2).2. Для заданного варианта (Приложение 8, табл. 3) начертить в масштабе нагрузочную диаграмму двигателя рассчитать мощность, выбрать тип двигателя для повторно-кратковременного режима работы (Приложение 8, табл. 4).3. Выбранные двигатели проверить по перегрузочной способности и условиям пуска.4. Построить естественную механическую характеристику двигателя п. 1 по его паспортным данным.Приложение 8. Исходные данные к заданию №4 (n1 = 1470 об/мин; n2 = 900 об/мин)Таблица 1 Вариант(по двум последним цифрам зачетной книжки)Mi, Нмti, с12345123457,32,57,8216013510090140121824188Таблица 3Вариант(по двум последним цифрам зачетной книжки)Mi, Нмti, с12345123457,32,57,8225014018050012162020180Решение:1. Нагрузочная диаграмма для режима с длительной переменно-периодической нагрузкой (рис. 4.1):Рис. 4.1. Нагрузочная диаграмма для режима с длительной переменно-периодической нагрузкойЭквивалентный момент: Эквивалентная мощность: илиПо рассчитанной мощности и заданной частоте вращения выбираем электродвигатель типа 4AМН160М4 (условие ). Принимаем ближайший из каталога (допускается перегрузка до 3%).ТипPн, кВтnн, об/минUн, Вηнcosφн4AМН160М4201460380880,821,92,87Номинальный момент: Н.мПусковой момент: Н.мКритический момент: Н.мНаибольший и начальный моменты по нагрузочной диаграмме: Н.м Н.мУсловия выбора двигателя: – выполняется – выполняетсяПотребляемая мощность: кВтЧастота вращения поля статора: об/минНоминальное скольжение: %Критическое скольжение: %Для различных значений скольжения рассчитаем:– частоту вращения по формуле; – моменты по упрощенной формуле Клосса.s, %02,675,01014,44406080100n, об/мин15001460142513501283,49006003000M, Н.м0130,8226,5342,9366,3234,0166,7128,1103,6; об/мин (холостой ход); об/мин; Нм (номинальный режим); Нм; (критический момент); об/мин; Нм (пуск двигателя).Естественная механическая характеристика двигателя для режима с длительной переменно-периодической нагрузкой по его паспортным данным представлена на рис. 4.2Механические характеристики двигателяРис.4.2. Механические характеристики двигателя: М=f(s) и n=f(М)2. Начертим в масштабе нагрузочную диаграмму двигателя, рассчитаем его мощность, выберем тип двигателя для повторно-кратковременного режима работы.Нагрузочная диаграмма для повторно-кратковременного режима работы представлена на рис. 4.3.Рис. 4.3. Нагрузочная диаграмма для повторно-кратковременного режима работыЭквивалентный момент: Н.мгде: M1, M2, …Мi — текущее значение момента на валу двигателя;t1, t2, … ti — промежутки времени, соответствующие моментам;tp — время работы двигателя;t0 — пауза между периодами работы;α — коэффициент учитывающий ухудшение теплоотдачи двигателя во время паузы, α=0,25 - 0,5. Принимаем: α= 0,3Относительная продолжительность включения:Стандартная продолжительность включения:Стандартный момент: Н.мЭквивалентная мощность: кВтПо рассчитанной мощности и заданной частоте вращения выбираем электродвигатель типа 3ВР180М8.ТипPн, кВтnн, об/минUн, ВηнcosφнПВ, %AИС132МВ6159003800,80,792,83,15,525Номинальный момент: Н.мПусковой момент: Н.мКритический момент: Н.мНаибольший и начальный моменты по нагрузочной диаграмме: Н.м; Н.м.Условия перегрузки и пуска: – выполняется – выполняетсяУсловия выбора двигателя выполняются.Выбор двигателя ЗВР180М8 является окончательным.Задание №5 Электроснабжение котельной установкиОбъектом электроснабжения является котельная установка, состоящая в качестве основного оборудования определенное количество водогрейных и паровых котлов (по заданию). Помимо основного оборудования на котельной установки имеется вспомогательное оборудование. Для такого объекта необходимо рассчитать и подобрать:• Источники электроснабжения и подключение к ним;• Схемы электроснабжения электрооборудования котельной установки;• Мощность и выбор двигателей насосов основного технологического тракта;• Потребляемую электрическую мощность;• Мощность и выбрать компенсирующее устройство;• Мощность и выбрать комплектную трансформаторную подстанцию;• Фазные токи электроприемников котельной установки;• Выбрать силовые распределительные щиты;• Выбрать кабель и провода электрической сети котельной установки;• Выбрать защитные устройства для электрооборудования котельной установки;• Выбрать устройства электрической схемы аварийного освещения;• Заземление.При выполнении задания №5 можно воспользоваться рекомендуемой литературой [4,12-20].ВВЕДЕНИЕСовременная котельная  представляет собой достаточно сложный комплекс технологического, электромеханического и электротехнического оборудования, обеспечивающий бесперебойное теплоснабжение производственных и жилых объектов.Электротехническая часть оборудования котельных включает в себя:приемно-распределительное устройство, с помощью которого котельная подключается к городской (районной) электросети и производится распределение получаемой электроэнергии по установкам котельной;внутренние электрические сети;электродвигатели насосов, вентиляторов, транспортеров, дымососов и прочих силовых электроустановок;распределительные щиты, панели и станции управления силовыми установками;устройства электроавтоматики;сети освещения, включая аварийное и др.Настоящее расчетное задание предусматривает выполнение практических расчетов по основному типовому электрооборудованию и схеме электроснабжения котельной, что способствует усвоению инженером определенных электротехнических знаний и навыков.5.1 Исходные данные расчетного заданияМарки и число котлов в котельной выбираем из приложения 1 табл. 1. Первая цифра поля таблицы (2) - указывает количество паровых котлов ДЕ – 16 – 14ГМ, а вторая (4) – водогрейных КВ – ГМ – 6,5 – 150.Вид топлива для всех котлов определяется типом водогрейных котлов (в задании: мазут, в том числе и для парового котла ).Таблица 1Основные технические характеристики водогрейного котла КВ-ГМ-6,5-150Марка котлаРасход воды Qв, т/чНаибольшее рабочее давление гор.воды на выходе Hвых, кг/см2ТопливоРасход топливаQт.в. , т/чЭлектродвигателиДымососаДутьевых вентиляторовР, кВт𝜼%cosφР,кВт𝜼,%cosφКВ-ГМ-6,5-15080,425Мазут0,7741187,50.871187,50,87Таблица 2Основные технические характеристики парового котла ДЕ – 4 – 14ГММарка котлаПаро-произво-дитель-ностьQп, т/чДавление пара на выходе из котлаHвых, кг/см2ТопливоРасход топливо Qт.п., т/чЭлектродвигателиДымососаДутьевые вентиляторовР,кВт𝜼,%СosφP,кВт𝜼,%CosφДЕ-16-14ГМ1614Мазут1,0874592,00,901588,50,88Условия внешнего электроснабжения котельной приведены в приложении 1 табл. 2 – кабельная. Напряжение линии подключения, кВ – 10.Исходные данные задания с техническими характеристиками котлов (приложение 2 табл. 1 и 2 ) заносим в табл. 5.1.Таблица 5.1 - Исходные данныеЛиния подключения – кабельнаяНапряжение линии подключения – 10 кВкотлы водогрейныекотлы паровыемаркаколичествотопливорасход воды Gв , т/чНаибольшее рабочее давление горячей воды на выходе Hвых, кг/см2расход топлива ВВ.Т. , т/чмаркаколичествотопливорасход пара DП , т/чдавление пара на выходе, Парасход топлива ВТ.П. , т/чКВ-ГМ-6,5-1504мазут80,4250,774ДЕ-16-14ГМ2мазут16141,0875.2 Источники электроснабжения и подключения к нимЭлектроснабжение котельных установок осуществляется от городской (районной)  электросети с помощью магистральных кабельных. Или воздушных трехфазных линий напряжением 10 или 6 кВ.В нашем случае, от районной электросети с помощью магистральных кабельных линий, напряжением 10 кВ. В связи с тем, что котельные по надежности электроснабжения относятся к потребителям II-ой категории, они имеют обязательно 2 высоковольтных ввода (линии подключения ).Для получения рабочего трехфазного напряжения 380 В (0,38 кВ), необходимого для электрооборудования котельной, в отдельном помещении устанавливается понижающая комплектная трансформаторная подстанция (КТП). Так как котельная имеет 2 высоковольтных ввода, то принципиально устанавливаем две КТП, каждая со своим понижающим трансформатором. В этом случае одна из них может быть резервной. Однако более целесообразным и экономичным представляется установка КТП двумя понижающими трансформаторами одинаковой мощности. Каждый трансформатор подключается к высоковольтной линии с помощью вводного шкафа типа ШВВ с разъединителем (или выключателем нагрузки), предохранителями с кабельной муфтой (рисунок 5.1).Нормально трансформаторы работают раздельно: секционный выключатель ВС между секциями шин 380В обоих трансформаторов (рисунок 5.1) отключен. Мощность каждого трансформатора при этом должна быть не менее половины общей электрической мощности котельной. В случае выхода из строя одного трансформатора или исчезновения напряжения питания на одном из высоковольтных вводов секционный выключатель ВС включается. При этом на шины 380В вышедшего из строя или обесточенного трансформатора электроэнергия подается от второго трансформатора.5.3 Схемы электроснабжения электрооборудования котельной установкиОднолинейная электрическая схема подключения двух трансформаторной КТП представлена на рис.5.1.Рисунок 5.1 - Однолинейная электрическая схема подключения двух трансформаторной КТПВ целях повышения надежности электроснабжение оборудования котельной установки строится на принципе обеспечения электроэнергией отдельных блок - секций котлов. Это означает, что все электрооборудование одного котла затягивается от КТП на трехфазном напряжении 380 В (0,38 кВ) по самостоятельной линии. Соответственно для каждого котла устанавливаются отдельные щиты коммутации (распределительные щиты, панели, шкафы) и станции (панели) управления его электрооборудованием. Такая схема электрообеспечения называется радиальной и представлена на рисунке 5.2.Рисунок 5.2 - Однолинейная радиальная схема распределения электроэнергии в котельной установкиЭлектропитание водоподготовительного участка (ВПУ) котельной, участка топливоподачи, ремонтной мастерской, участка золоудаления и сети рабочего освещения осуществляется также по отдельным линиям (рисунок 5.2). Возможно подключение нескольких групп этих приемников к общим распределительным щитом. В любом случае желательно соблюсти примерное равенство нагрузок, подключаемых к каждой из секций шин 0,38 кВ.Внутренние электрические сети котельной выполняются стационарно кабелями или проводами, проложенными по специальным кабельным конструкциям и каналам в полу в полиэтиленовых трубах либо на стенах с помощью скоб.Все металлические нетоковедущие части электроустановок, а также все строительные металлические конструкции, стационарно проложенные металлические трубопроводы всех назначений, металлические корпуса технологического оборудования по требованиям электробезопасности должны быть металлически связаны с заземляющим контуром силовых трансформаторов КТП.5.4 Расчет мощностей и выбор двигателей насосов основного технологического трактаВыполняем расчет мощностей и выбор асинхронных трехфазных короткозамкнутых электродвигателей для:1.водогрейных котлов:▪ сетевого насоса;▪ подпиточного насоса;▪ рециркуляционного насоса;2. паровых котлов▪ питательного насоса;       ▪ конденсатного насоса;3. для всей котельной▪ насоса исходной воды.Расчетные мощности приводных двигателей для центробежных насосов определяются по формуле: (5.1)где   – производительность насоса, м3/с ; - напор, создаваемый насосом, м.;ηнас – к.п.д. насоса; 0,6 … 0,75, принимаем 0,7;ηпер – к.п.д. механической передачи от двигателя к насосу; для всех насосов ηпер = 1,0, так как здесь имеет место непосредственное соединение валов двигателя и насоса;– коэффициент запаса, принимаем 1,15;γ - удельный вес воды, Н/м3 = 10 кН/м3.При расчетах руководствуемся данными табл.5.2.Таблица 5.2 – Вспомогательная таблица для расчета мощностей насосовТипы котлов Насос, т/ч, мВодогрейные котлыСетевой (0,3)(0,25-0,35) Подпиточный (0,03)(0,02-0,05) 30-60Паровые котлыПитательный (13)+(10-20)Конденсатный (15)10-20 для всей котельнойИсходной воды (0,03), (0,08) (25)(0,02-0,05) + +(0,05+0,1) 20-30Здесь NB и NП - заданные количества водогрейных и паровых котлов.Для воды при нормальных условиях и без примесей решением является следующее соотношение единиц измерения.1 т/ч = 1 м3/ч (1 тонна в час = 1 кубический метр в час)Расчетную мощность двигателя центробежного рециркуляционного насоса принимаем по формуле:, кВт (5.2)где - расчетная мощность двигателя сетевого насоса.Исходя из величины расчетной мощности для того или иного насоса поданным табл. П3 выбираем трехфазный короткозамкнутый асинхронный двигатель с номинальной (паспортной) мощностью .Номинальную (паспортную) частоту вращения вала двигателя с непосредственной передачей к насосу следует выбирать не менее 1450 об/мин. Одновременно выполняется проверка соответствия технических характеристик выбранных двигателей требованиям пуска и перегрузочной способности для центробежных насосов:▪ задвижки закрыты; ▪ задвижки открыты; (5.3) Результаты расчетов мощностей и выбора двигателей заносим в табл.  5.3.насосрасчетные данныеданные выбранных двигателейGНАС,т/чHНАС, мηНАСηПЕРPдв. расч. кВтмаркаPдв. ном.кВтnНОМ,об/минUном,ВηНОМcosϕMпуск /MномMмакс/Mномсетевой321,680,7111,014А132М4У311,0014603800,8750,872,203,00подпит9,65500,712,204А100S4У3314353800,820,832,002,40Рециркул.--0,714,404А112M4У35,514453800,8550,852,002,20Питательный35,2270,714,344А112М4У35.514453800,8550,852,002,20Конденсатный32150,712,194А100S4У33,014353800,820,832,002,40Исходной воды12,21250,711,394А100S4У33.014353800,820,832,002,405.5 Расчет потребляемой электрической мощностиПотребляемая котельной электрическая мощность складывается из мощностей всего основного и вспомогательного оборудования. Расчет мощности выполняется для зимнего периода года, т.е. для периода наибольшей производительности котельной.Для определения расчетной мощности котельной необходимо использовать метод коэффициента спроса. По этому методу все электроприёмники разделяют на отдельные однородные по режиму работы (или по назначению) группы. Коэффициент спроса Кс однородной по режиму работы группы приёмников учитывает вероятность одновременного их включения и величину   их полной загрузки. Этот коэффициент является статической характеристикой электроприемника и выбирается Приложения 2 табл. 4.   Исходными данными для расчета электрической мощности котельной являются установленные (паспортные) мощности конкретного ее оборудования. В нашем случае приходится пользоваться усредненными ориентировочными рекомендациями.По исходным данным заполняем табл. 5.4, в результате чего определяем расход топлива и воды по группам котлов котельной.Таблица 5.4 - Предварительные данные для расчета Pуст. электрооборудования котельнойводогрейные котлыпаровые котлырасход воды одного котла GB, т/чрасход топлива одного котла, ВТ.В., т/чколичество NBобщий расход воды, т/чобщий расход топлива, т/чрасход пара одного котла DП,, т/чрасход топлива одного котла ВТ.В., т/чколичество NПобщий расход параобщий расход топлива80,40,7744321,63,096161,0872322,174Усредненные данные для групповых электроприемников представлены в табл. 5.5Таблица 5.5 - Усредненные данные для групповых электроприемниковГрупповой электропириемник, кВтηicosφiВодоподготовительный участок (ВПУ)0,780,8Участок топливоподачиМазут0,880,88Механизмы электроавтоматики250,750,78Ремонтный участок (с подкл. свар. постов)800,880,7Рабочее освещение11Санитарно-техническое оборудование160,70,76Расходы воды, пара и топлива измеряются в т/ч.Таблица 5.6 - К расчету суммарной электрической мощности котельнойгруппы электроприемниковPуст i .кВтcosφiηiPПОТР i,кВтКСPpi.кВтtqφiQpi ,кВарSpi ,кВА∑S, кВА12345678910111.основное оборудование водогрейного котла          дымосос110,870,87512,6112,60,5677,114,4-вентилятор дутьевой110,870,87512,6112,60,5677,114,4-механизм электроавтоматики4,170,780,755,60,150,80,8020,71,1-итого по 1 группе-----26,0-14,930,0-всего по водогрейным котлам-----104,0-59,7-119,822.осн.электроборудование парового котла          дымосос450,90,9248,9148,90,48423,754,3-вентилятор дутьевой150,880,88516,9116,90,5409,119,3-механизм электроавтоматики4,170,780,755,60,150,80,8020,71,1-итого по 2 группе-----66,7-33,574,8-всего по паровым котлам-----133,4-67,0-149,283.основные насосы водогрейных котлов          сетевой110,870,87512,6112,60,5677,114,4-подпиточный30,830,823,713,70,6722,54,4-рециркуляционный5,50,850,8556,416,40,6204,07,6-итого по 3 группе-----22,7-13,626,4-4.основные насосы паровых котлов          питательный5,50,850,8556,416,40,6204,07,6-конденсатный30,830,823,713,70,6722,54,4-итого по 4 группе-----10,1-6,512,0-5.насос исходной воды30,830,823,713,70,6722,54,4-6.водоподготовительный участок28,30,80,7836,30,829,00,75021,836,3-7.участок топливоподачи 55,340,880,8862,9162,90,54033,971,5-8.участок золоудаления----------9.ремонтный участок800,70,8890,90,3531,81,02032,545,5-10.рабочее освещение35,361135,40,828,300,028,3-11.санитарно-тех.об.160,760,722,90,716,00,85513,721,1-итого по котельной-----441,7-251,0--По исходным данным, результатам расчета по п.5.4 и рекомендациям табл. 5.5 заполняем столбцы 2,3,4 и 6 табл. 5.6. Значения  определяем по заданным cosφ.В табл. 5.6  - установленная активная мощность единицы электрооборудования или группового электроприемника. При этом установленная мощность механизмов электроавтоматики, приходящаяся на один котел, ориентировочно равна:, кВт (5.4)где Руст.эк. – общая активная установленная мощность всех механизмов электроавтоматики котельной (см. табл. 5.5).Рассчитываем и записываются в табл. 5.6 потребляемые активные мощности Pпотр.i отдельных приемников электроэнергии (или групп приемников) (5.5)По табл. Приложения 6 находим и заносим в табл.5.6 значения Кс для отдельных электроустановок (или для групп приемников), а затем для них определяем величины расчетных потреблявших активной и реактивной мощностей:, кВт (5.6), кВар (5.7)Отдельно для каждой группы электрооборудования рассчитываем и записываем в табл. 5.6 расчетные полные мощности:, кВА (5.8)Определяем и заносим в таблицу расчетные активные ∑Pp, реактивные ∑Qp и полные ∑Sp  мощности основного электрооборудования всех   водогрейных и всех паровых котлов.Суммированием находим отдельно расчетные активную Pp, реактивные Qp,  мощности всего электрооборудования котельной. Результаты записываются в табл. 5.6.Находим окончательные значения активной Pp и реактивной Qp расчетных мощностей котельной:, кВт (5.9), кВар (5.10)где  kM = 0,9...0,95 - коэффициент одновременности, учитывающий несовпадение во времени максимумов нагрузки отдельных электроприемников котельной, принимаем 0,93.Определяем полную расчетную мощность (электрическую) котельной и средневзвешенный коэффициент мощности на шинах КТП:, кВА (5.11) (5.12)5.6 Расчет мощности и выбор компенсирующих устройствСогласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) средневзвешенный коэффициент мощности промышленных предприятий, присоединяема к электрическим сетям энергосистем, должен быть не ниже 0,92,..0,95. В нашем случае, он равен 0,8694.Повышение коэффициента мощности до требуемого значения осуществляется путем включения так называемых компенсирующих устройств, генерирующих реактивную мощность. Величина расчетной реактивной мощности компенсирующих устройств котельной определяется по формуле:, кВар (5.13)де φcp  и φуст – углы сдвига по фазе между током и напряжением на шинах подстанции котельной до и после компенсации соответственно, значение cosφуст устанавливается энергосистемой, а в данной работе выбираем самостоятельно в интервале 0,92...0,95, принимаем 0,94;α = 0,9 - учитывает возможность повышения коэффициента мощности при помощи других организационно-технических мероприятий: выбор трансформаторов без излишнего резерва мощности, выбор двигателей к насосам и механизмам в соответствии с потребной мощностью, качественное техническое обслуживание оборудования и др.Тогда, согласно (5.13) величина расчетной реактивной мощности компенсирующих устройств котельной установки, будет равна, кВарПри наличии двух раздельно работающих и поровну загруженных систем шин 0,38 кВ следует установить две КУ, расчетная реактивная мощность каждой из которых равна: Qк = 0,5Qх =0,5·75,9=37,95 (кВАр).В качестве компенсирующих устройств применяются конденсаторные установки типа КУ (приложение 2 табл. 5) с косинусными конденсаторами марки КС. По найденному значению реактивной мощности выберем УКН 0.38-75У3, мощностью 75 кВар и рабочим напряжением 380В.Так как паспортная величина мощности выбранной КУ больше чем расчетное значение, то в эксплуатацию введем лишь часть КУ (производится симметричное отключение в трех фазах КУ необходимого числа конденсаторов). Подлежащая отключению емкость конденсатора в каждой фазе равна:5.7 Расчет мощности и выбор комплектной трансформаторной подстанцииДля электроснабжения котельной установки предпочтительным является применение двух- трансформаторной КТП. Так как она устанавливается в специальном помещении здания котельной, то выбираем КТП внутренней установки.Конструктивно КТП представляет собой стальной корпус с отсеками: силовых понижающих трансформаторов, распределительного устройства (РУ) низкого напряжения (НН)  в виде линейных шкафов, секционного шкафа с секционным автоматическим выключателей (ВС) и устройством автоматического ввода резерва (АВР). Придаваемые ящики ввода высокого  напряжения (шкафы ШВВ) содержат высоковольтный разъединитель или выключатель нагрузки, предохранители. Шкафы РУ НН снабжены автоматическими выключателями, максимальной токовой защитой и необходимыми измерительными приборами. Упрощенная однолинейная электрическая схема двух- трансформаторной КТП приведена на рисунке 5.3.Рисунок 5.3 - Упрощенная однолинейная электрическая схема двух- трансформаторной КТПРасчет мощности силовых трансформаторов КТП Предварительная расчетная мощность с моторов КТП равна:, кВА (5.14)где - потребляемая от городской (районной) электросети реактивная мощность, кВАр;и  - расчетные активная и реактивная мощности котельной;- расчетная мощность (кВАр) двух компенсирующих установок.Для нашего примера,и , кВАПри выборе мощностей трансформаторов КТП следует учитывать необходимость покрытия нагрузки котельной одним из трансформаторов при выходе из строя другого или исчезновения напряжения на одном из высоковольтных вводов. В этом случае работающий трансформатор должен обеспечить не менее 70 % общей нагрузки котельной, а поэтому он может оказаться перегруженным, что допускается Правилами устройства электроустановок  на определенное время в течение суток. Исходя из этих соображений условие выбора номинальной (паспортной) мощности одного трансформатора КТП следующее: (5.15)где - полная мощность котельной, потребляемая её от электросети.Стандартная мощность силового трансформатора одновременно определяет и марку КТП (приложение 2 табл. 7) - 2 КТП-М-10(6)/0.4.Основные технические данные двух- трансформаторной КТП внутренней установки 2 КТП-М-10(6)/0.4МаркаНоминальная мощность трансформатораSтр.ном. ,кВаКол-во линейных шкафов РУ ННТоки отходящих линий одного шкафа РУ НН, АНапряжение короткого замыкания трансформатора, %2 КТП-М-10(6)/0.42Х6305400, 600,2505,5Каждая секция РУ НН имеет свой шкаф вводной –(380/220 В).Каждый вводной шкаф МВЭ предусматривает также подключение по одной отходящей линии 2КТП-630- линии на 800 А.Секционный шкаф РУ НН КТП предусматривает так же подключение по одной отходящей линии: 2КТП-630 – линии на 400А.5.8 Расчет фазных токов электрических приемников котельной установкиФазный ток высоковольтной линии с напряжением U1 на входе КТП котельной равен: (5.16)где и , кВА Тогда,Фазный ток одной трехфазной ККУ: (5.17)где  = 0,38 кВ (380 В) - рабочее напряжение (линейное) электросети котельной.Фазный ток одной группы электроприёмников котельной на трехфазном токе рассчитывается по формуле: (5.18)Результаты расчета фазных токов групп электроприемников записываем в табл. 5.7. Величины  групп электрооборудования берем из табл. 5.6.Таблица 5.7 - К расчету фазных токов групп электроприемников котельной установкиГруппы электроприемников Sp(к), кВАI(к), А1. Основное электрооборудование водогрейного котла30,045,52. Основное электрооборудование парового котла74,7113,53. Основные насосы водогрейных котлов26,440,14. Основные насосы паровых котлов12,018,25. Насос исходной воды4,46,76. Водоподготовительный участок36,355,17. Участок топливоподачи71,5108,68. Участок золоудаления (для твердого топлива)9. Ремонтный участок45,569,110. Рабочее освещение28,343,011. Санитарно-техническое оборудование21,132,0Расчетные фазные токи отдельных электроприемников записываем в табл.5.8 и определяем по формуле: (5.19)Значения  и cosφi берем из табл.5.6, а неучтенные в ней даны в табл.5.8.Таблица 5.8 - К расчету фазных токов электроустановок котельнойЭлектроустановки Рпотр.i, кВтcosφiI, АЭлектрооборудование одного водогрейного котла   Дымосос 12,60,87 22,0 Вентилятор дутьевой12,60,8722,0Механизмы электроавтоматики (задвижки, отсечные клапаны и др.)5,6 0,7810,8Ротационная горелка2,50,68 5,6Автоматика щита КСУ0,50,9 0,8Электрооборудование одного парового котла   Дымосос48,90,982,6Вентилятор дутьевой16,90,8829,3Механизмы электроавтоматики (задвижки, отсечные клапаны и др.)5,6 0,7810,8Ротационная горелка2,50,68 5,6Автоматика щита КСУ0,50,9 0,8Основные насосы водогрейных котлов   Сетевой12,60,8722,0Подпиточный3,70,836,7Рециркуляционный6,40,8511,5Основные насосы паровых котлов   Питательный6,40,8511,5Конденсатный3,70,836,7Электрооборудование ВПУ   Насос раствора соли3,50,74 7,2Насос взрыхления7,50,8 14,2Насос орошающей воды5,00,76 10,0Щиты КИП и автоматики3,00,9 5,1Вытяжные вентиляторы2*2,00,722*4,2Санитарно-техническое оборудованиеВытяжные и приточные вентиляторы4*4,00,84*7,65.9 Выбор силовых распределительных щитовВсе электрооборудование котельной обеспечивается электроэнергией от шин НН КТП. Электрооборудование котельной делится на группы: ▪ электроустановки каждого котла в отдельности ;▪ электроустановки, общие для котельной.Состав групп электрооборудования представлен в табл. 5.6, 5.7 и 5.8.Электроустановки каждой группы оборудования записываются трехфазным напряжением, как правило, от отдельных силовых распределительных щитов (панелей, шкафов), устанавливаемы в помещении трансформаторной подстанции и подключаемых, в свою очередь, к шинам НН КТП. Однако при недостаточном числе, линейных шкафов РУ НН КТП и числе отходящих линий в них к одному распределительному щиту подключаются несколько групп электроприемников. Желательным является установка отдельного щита для насосов котельной. Отдельные группы электроприемников могут подключаться непосредственно к шинам НН КТП (участок топливоподачи, золоудаления (для твердого топлива), ремонтный). Оборудование каждого котла имеет свое местное управление (включение, отключение). Устройства местного управления (контакторы, магнитные пускатели, контрольные и измерительные элементы) установлены в щитах (станциях) контроля, сигнализации и управления (КСУ) в непосредственной близости от котлов. Щиты КСУ подключаются к соответствующим распределительным щитам электрооборудования котлов, Ввиду необходимости резервирования основного технологического оборудования (например, насосов) предусматривается подключение рабочих и резервных установок к разным секциям РУ НН. Для подключения сварочных трансформаторов и местного освещения, необходимых при ремонтах, в помещении ремонтного участка и в машинном зале котельной устанавливаются силовые ящики. Распределительные щиты (панели, шкафы) и ящики должны иметь коммутируемые устройства (рубильники, блоки предохранитель-выключатель, автоматические выключатели), а также устройства защиты от токов короткого замыкания и перегрузок (предохранители, автоматические выключатели).Выполняем выбор следующих распределительных щитов (панелей, шкафов);- для электрооборудования (основного) каждого котла;- для основных насосов котельной,  включая насос исходной воды;- для электрооборудования ВПУ;- для рабочего электроосвещения и санитарно-технического оборудования.Указанные щиты размещаем в помещении трансформаторной подстанции и подключаем к шинам 0,38 кВ РУ НН КТП.Распределительные щиты участков топливоподачи, золоудаления (для твердого топлива) и ремонтного устанавливаем в соответствующих помещениях, а питающие их кабели подключаем также к РУ НН КТП. Эти щиты в данной работе не выбираются.При малом числе линейных шкафов РУ НН КТП и недостаточном количестве подключений отходящих линий в них возможны следующие варианты организации схемы электроснабжения:1. Совмещение в одном распределительном щите подключение нескольких групп приемников (например, 2-3 группы основного оборудования котлов, одного типа группы рабочего освещения и санитарно-технического оборудования и пр.). 2. Запитать щиты по магистральной схеме (рисунок 5.4), когда к одной линии "шлейфом" подключаются несколько щитов.   Рисунок 5.4 - Магистральная схема подключения распределительных щитов (в однолинейном изображении)В настоящей работе используются стандартные щиты общепромышленного назначения.Исходными данными для выбора любого распределительного щита является величина тока подключения щита, которая равна току группы электроприемников (табл.5.7). В случае использования одного щита для нескольких одинаковых групп приемников входной ток щита определяется как результат произведения тока одной группы на число подключаемое к щиту групп. При подключении же к одному щиту нескольких разных (по назначению)  групп приемников входной ток щита рассчитывается по формуле: (5.20)где  и  - суммы активных и реактивных   расчетных мощностей групп приемников, впитываемых от данного щита (столбцы 7 и 9 табл. 5.6).Число и токи отходящих линий на отдельные электроприемники подключаемой группы оборудования приведены в табл. на стр. 41.В случае подключения   к одному щиту нескольких групп приемников число отходящих от щита линий увеличивается. Для рабочего освещения число отходящих линий принимаем равным 4, а ток каждой линии – в 4 раза меньшим, чем общий ток рабочего освещения (табл. 5.7).Необходимые марки щитов (шкафов, панелей) выбираем (приложение 2 табл. 6…9). Их нормированные токи ввода и отходящих линий, а также число последних должны быть не меньше, чем расчетные в табл. 5.7.Мощности электрооборудования, подсоединенные к двум секциям РУ НН КТП должны быть примерно равными. Для этого с учетом числа водогрейных и паровых котлов по значениям групп приемников (табл. 5.6) путем комбинаций находится   два их перечня, удовлетворяющих поставленному требованию. Здесь вполне возможно раздельное подключение к разным секциям РУ НН распределительных щитов для групп "Основное электрооборудование котлов".К каждой секции РУ НН КТП должна подключаться своя компенсирующая установка. Число отходящих линий во всех линейных шкафах обеих секций РУ НН КТП должно перекрывать число выбранных распределительных щитов с учетом необходимости подключения кабелей на участки топливоподачи, золоудаления и ремонтный, а также требования резервирования электропитания щитов основного оборудования котлов и насосов котельной. Последнее обеспечивается подсоединением указанных щитов к двум секциям РУ НН.Нормированные токи линейных шкафов РУ НН КТП должны быть не меньше, чем токи подключаемых щитов и кабелей на участки топливоподачи, золоудаления и ремонтный.На основании выше сказанного, группы электроприемников котельной разбиваем на две части с примерно равными мощностями секции РУ НН КТП. Результаты заносим в табл.5.9.Подключение той или иной группы приёмников к конкретной секции РУ НН отмечаем в таблице знаком «+», а не подключение – знаком «-». Количество котлов соответствует заданию (водогрейных котлов – 4 шт., паровых – 2 шт.).Таблица 5.9 - Подключение групп электроприемников к секциям РУ НН КТПГруппа электроприемников Sр(к), кВАСекция №1 (левая)Секция №2 (правая)Водогрейный котел №130,030,0Водогрейный котел №230,030,0Водогрейный котел №330,030,0Водогрейный котел №430,030,0Паровой котел №174,774,7Паровой котел №274,774,7Основные насосы котельной38,438,4Насос исходной воды4,44,4Водоподготовительный участок36,336,3Участок топливоподачи71,571,5Ремонтный участок45,545,5Рабочее освещение28,328,3Санитарно-техническое оборудование21,121,1Итого суммарные мощности (кВА), подключаемые к секциям:S1 = 256,7S2 = 257,8Результаты выбора силовых распределительных щитов и их подключение к секциям шин НН КТП отражены в таблице 5.10.Таблица 5.10 - Результаты выбора силовых распределительных щитов котельной Подключаемые к щиту группы электроприемников Расчетный фазный ток группы приемников, АНормиров. фазный входной ток распред. щита, А Расчетный фазные токи отдельного оборудования и), АНормиров. токи отходящих линий щита и), АСекция РУ НН №1Секция РУ НН №2Номер линейн. шкафа,  к которому подключ. щитНормир. ток отходящ. на щит линии, АНомер линейн. шкафа,  к которому подключ. щитНормир. ток отходящ. на щит линии, А123456789Водогрейный котел №1ПР11-7012-2145,59022,0;22,0;10,8; 5,6;0,825х41400Водогрейный котел №2ПР11-7012-2145,59022,0;22,0;10,8;5,6; 0,825х42250Водогрейный котел №3ПР11-7012-2145,59022,0;22,0;10,8;5,6; 0,825х44250Водогрейный котел №4ПР11-7012-2145,59022,0;22,0;10,8;5,6; 0,825х44250Паровой котел №1ПР11-7018-21113,514482,6;29,3;10,8;5,6; 0,825х64250Паровой котел №2ПР11-7018-21113,514482,6;29,3;10,8;5,6; 0,825х65250Основные насосы котельнойПР11-7012-2140,1;18,29022,0;6,7;11,5;11,5; 6,76Х100А+2Х250А12250250Насос исходной воды6,7906,725х62Водоподготовительный участок ПР11-7012-2155,1907,2; 14,2; 10; 5,1; 4,225х61250Участок топливоподачи108,6---3250Ремонтный участок69,1---2250Рабочее освещение43,0---3250Санитарно-техническое оборудование32,0---32505.10 Выбор кабелей и проводов электросети котельнойЭлектрические распределительные сети котельной прокладываются внутри помещения и предназначены для обеспечения электроэнергией всех приемников. Электросети котельной – четырех- проводные, на 380 В.Расчету сечений кабелей и проводов предшествует    выбор их типов и способов прокладки в соответствии с требованиями ПУЭ (Правилами устройства электроустановок). Сечение кабеля и провода определяется по величине длительно допустимого протекающего по нему тока, т.е. по условию допустимого нагрева. Затем выполняем проверку выбранного сечения кабеля или провода на потерю напряжения в нем, которая не должна превышать 5% от рабочего напряжения сети.  При этом сечения нулевого провода (жилы) должны быть не менее 50% от сечений проводов (жил) фаз. В осветительные сетях при сечениях линейных алюминиевых проводов до 25 мм2 сечение нулевого провода (жилы) берется таким же, что и линейного.Силовая распределительная электросеть котельной выполняется низковольтными (до 1000 В) четырехжильными небронированными кабелями марки АВВГ и АВРГ с алюминиевыми жилами и проводами АПВ-500 в поливинилхлоридной изоляции.Силовые кабели и провода в котельной прокладываются в закрываемых каналах в полу, по специальным кабельным конструкциям из швеллеров с лотками, по стенам на скобах.В данной работе учитываем следующие виды прокладки кабелей и проводов:- Внутри помещения трансформаторной подстанции - в закрываемых кабельных каналах - на лотках (открытая прокладка или проводка).- От силовых распределительных щитов к электроприемникам (кроме вентиляторов на кровле) - в закрываемых кабельных каналах, по кабельным конструкциям, но в полиэтиленовых трубах (скрытая прокладка или проводка).- Для сети освещения (рабочего и аварийного) - по стенам на скобах (открытая прокладка или проводка). Аналогично выполняется прокладка кабелей для вентиляторов на кровле.- Для подключения сварочных трансформаторов, а также переносного электроинструмента применяют кабели и провода с резиновой изоляцией медными жилами, свитыми из большого числа проволок, что обеспечивает им гибкость и высокую сопротивляемость изломам. Расчет сечения кабеля подключения котельной к городской (районной) электросети.Так как, задан воздушный ввод в котельную, используем  в зависимости от климатических условий (слабое или сильное натяжение проводов, низкие или большие ветровые нагрузки) алюминиевые или сталеалюминиевые провода, подвешиваемые на опорах.Для используемой марки кабеля и известном способе их прокладки сечения фазных (рабочих) жил находим с помощью табл. 11...14 приложения 2, исходя из величины расчетного тока в них. Расчётный вторичный ток сварочного трансформатора равен:, А (5.20)где  . – номинальная заданная мощность сварочного трансформатора (кВА);U2 = 30В - рабочее вторичное напряжение трансформатора (В); Kдр - коэффициент уменьшения сварочного тока из-за наличия, регулировочного дросселя; ПВ% св.тр. = 63% - средняя продолжительность непрерывной работы трансформатора.Номинальная мощность сварочного трансформатора – 36 кВА (берется по табл. (исходя из последней цифры номера зачетной книжки)).Величина расчётного первичного тока сварочного трансформатора определяется по формуле: (5.21)где Ктр = 380 В/70 В – коэффициент трансформации трансформатора;70В – напряжение холостого хода вторичной обмотки трансформатора.Тогда, вторичный ток Первичный ток: Результаты выбора кабелей и проводов электросети котельной заносим в табл. 5.11 в виде записей:для четырехжильного кабеля: АВВГ-Зх50+1х25;для трехжильного высоковольтного кабеля: ААШв-10-Зх16;Таблица 5.11 - Результаты выбора кабелей (проводов) электросети котельнойЛиния Ток в линии, АСпособ прокладкиМарка кабеля, провода, его сечениеВысоковольтный ввод25,4кабельнаяААШB 10 -6х3РУ НН КТП – щит№1, 3, 7, 8(ВК)45,5скрытаяАВВГ-Зх16+1х10РУ НН КТП – щит № 9, 10 (ПК)113,5скрытаяАВВГ-Зх50+1х25РУ НН КТП – щит №2.(насосы ВК)40,1скрытаяАВВГ-Зх16+1х10Щит № 1, 3, 7, 8(ВК) – дымосос ВК22,0в воздухе АВВГ-Зх6+1х4Щит №9, 10(ПК) – дымосос парового котла82,6в воздухе АВВГ-Зх35+1х16РУ НН КТП – щит №4.(насосы ПК)18,2скрытаяАВВГ-Зх6+1х4 (ВПУ) – водоподготовительный уч-к55,1скрытаяАВВГ-Зх16+1х10Щит №4 – насос исходной воды6,7скрытаяАВВГ-Зх2,5+1х1,5 (ТП) – участок топливоподачи108,6скрытаяАВВГ-Зх50+1х25 (РУ) – ремонтный участок69,1скрытаяАВВГ-Зх25+1х16Щит №5 (РО) – рабочее освещение43,0открытаяАВВГ-Зх10+1х6Щит №6 (СТО) – сан-техн. оборудование32,0скрытаяАВВГ-Зх6+1х4(В) – вентиляторы29,3открытаяАВВГ-Зх6+1х4Сварочный трансформатор – электродержатель501,3открытая2РГД-70Сеть 380В – сварочный трансформатор92,3открытаяАВВГ-Зх50+1х25Потерей напряжения линий называется алгебраическая разность напряжений в начале и конце линий.Проверка сечения кабеля на допустимую потерю напряжения заключается в следующем:для данной линии определяется фактическая потеря напряжения ΔUл:- трехфазная (5.22)проверяется условие (5.23)в случае выполнения требования (5.23) сечение кабеля (провода) считается выбранным окончательно. В противном случае необходимо взять кабель (провод) большего сечения и заново осуществить.В формуле (5.22) приняты следующие обозначения:I - ток линия, А;φпр - фазовый угол приемника; Rл, Xл - активное и реактивное сопротивления провода (жилы) линии. (5.24) (5.25)где l - длина линии в км;R0 и X0 (Ом. кл) - удельное активное и реактивное сопротивление провода (жилы) линии. Значения  и  для кабелей приведены в табл. 15 приложения 2.В работе выполняем проверку на  трехфазных кабельных линий.Для силового электрооборудования на трёхфазное напряжение 380 В, допустимая потеря напряжения в проводах равна . 1.На участок топливоподачи. Длину линии принимаем равной 80 м (с учетом условий прокладки). АВВГ-Зх50+1х25I, AL, кмR0, ом/кмХ0, ом/кмcosφ∆U, в108,60,080,710,0620,889,84Условие выполнено.2.На двигатель дымососа котла с наибольшей производительностью. Длину линии принимаем равной 60 м (с учетом условий прокладки). АВВГ-Зх35+1х16I, AL, кмR0, ом/кмХ0, ом/кмcosφ∆U, в82,60,061,010,0640,98,04Условие выполнено.5.11 Выбор защитных устройств для электрооборудования котельной установкиЭлектрооборудование и электросети котельной защищаются от токов короткого замыкания и перегрузок при помощи плавких предохранителей или установочных автоматических выключателей мгновенного срабатывания. В четырех- проводных сетях предохранители устанавливается на всех фазных проводах. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и установки расцепителей автоматических выключателей следует выбирать исходя из следующих соотношений:При защите предохранителями: если нагрузка не имеет пиков (осветительная, термонагреватели, силовая с двигателями, имеющими реостатный пуск):если нагрузка имеет пики тока (например, пусковые токи, асинхронных двигателей механизмов):При защите установочным автоматическим выключателем: если нагрузка не имеет пиков тока:- если нагрузка имеет пики тока:где расчетный фазный ток линии, А; номинальный тон плавкой вставки предохранителя, А; номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, А; пиковый ток защищаемой линии, А. Для линии, питающей один двигатель. Для линии, питающей несколько электродвигателей, равен расчетному току линии плюс пусковой ток наибольшего из электродвигателей;коэффициент кратковременной перегрузки автоматического выключателя; (4…6) – для выключателей с комбинированным расцепителем (имеющим тепловой и электромагнитный элемент); (0,65...0,8) - для выключателей только с электромагнитным расцепителем.Далее при выборе защиты сетей от токов короткого замыкания следует обязательная проверка выбранных сечений проводов или жил кабелей на соответствие токам защитных устройств:- при защите линий предохранителями:- при защите линии автоматическим выключателем с комбинированным расцепителем:- при защите линии автоматическим выключателем с электромагнитным расцепителем:где . - величина длительно допустимого тока для выбранного сечения жилы кабеля или провода (табл. 12...13 приложения 2).При несоблюдении этих соотношений, сечения ранее выбранных жил кабелей (проводов) следует увеличить. Целью выполнения данного пункта является:• выбор типа и токов (рабочего и защиты) автоматического выключателя в цепи питания дымососов водогрейного и парового котлов;• выбор типа и тока плавкой вставки сети рабочего освещения;• выбор типа и тока плавкой вставки на входе распределительного щита ВПУ.Рабочий фазный ток электродвигателя любого механизма определяется по формуле: где , , - заданная мощность, к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, кВ.Основные данные предохранителей и трех- полюсных автоматических выключателей приведены в табл. 16. ..18 приложения 2.Результаты работы заносим в табл. 5.12.Таблица 5.12 – Результаты выбора защитных устройств для электрооборудования котельной установкиЗащищаемое оборудованиефазный расчетный рабочий ток участка сети, Афазный расчетный пусковой ток участка сети, Афазный расчетный пиковый ток участка сети, Адопустимый фазный ток кабеля участка сети, Апредохранительавтоматический выключательтипток вставки, Амарканоминальный ток, Аток установки защиты, Адымосос водогрейного котла22,0154,025,623--АЗ11420200дымосос парового котла82,0578,096,385--АЗ11480800сеть раб. осв.28,3--39ПР-2/3535---вход распред. щита ВПУ55,199,761,955--АЗ114505005.12 Расчет и выбор устройств электрической схемы аварийного освещенияАварийное, оно же эвакуационное, освещение обеспечивает  освещение отдельных рабочих мест, проходов и заградительных фонарей дымовой трубы при исчезновении напряжения на обеих линиях, питающих котельную. Сеть аварийного освещения подключается к аккумуляторным батареям (GB), которые постоянно находятся в заряженном состоянии. Упрощенная электрическая  схема включения аккумуляторных батарей показана на рисунке 5.5Рисунок 5.5 - Упрощенная электрическая схема включения аккумуляторных батарей сети аварийного освещения котельнойНа рисунке 5.5 не показаны контрольные приборы и устройства  автоматики, обеспечивающие подключение сети аварийного освещения к батареям при исчезновении внешнего питания котельной и отключения от батарей при восстановлении напряжения в сети рабочего освещения. Выпрямитель UG  предназначен для заряда батарей после их разряда на сеть аварийного освещения, а также для подзарядки их в режиме содержания. Данные аккумуляторных батарей и выпрямителей, в которые могут быть использованы для описываемых целей, приведенных в таб. 19, 20, 21 приложения 2.Таблица 5.13 - Исходные данные к расчету и выбору устройств электропитания сети аварийного освещенияДанные аварийного освещения Последняя цифра зачетной книжки, 2Мощность аварийного освещения(в % от мощности рабочего освещения)8Напряжение сети аварийного освещения Uав.осв., В36Тип аккумуляторных батарейЖНПримечание: ЖН - щелочные аккумуляторыОпределяем ток аварийного освещения:По таблице 19 приложения 2 находим батарею, у которой — . Так как оказалось, что величина , превышает  батареи с самой большой емкостью, то необходимо включение параллельно не менее 2-х одинаковых батарей, разрядный ток каждой, из которой:где  m - число параллельно включаемых батарей. Выбираем щелочную никель - железную аккумуляторную батарею: 5НЖ-100КТ.Определяем число шт.  последовательно соединенных батарей для обеспечения заданного . Таким образом, марка выбранной аккумуляторной батареи – 5НЖ-100КТ, общее число батарей – 36 шт., в т.ч. включенных последовательно 6 шт. и параллельно 6 ветви.Основные технические данные щелочной никель - железной аккумуляторной батареи 5НЖ-100КТМарка батареиНоминальная емкость Qном, А.чНоминальное напряжения Uбат, ВТок разряда (3-х часового)Iразр., АНапряжение в конце заряда, Uк.з., ВТок заряда Iзар, А,(6-ти часового)5НЖ-100КТ1006,2515,09,325,0   Выбираем выпрямитель: Рассчитывается общий зарядный ток для используемых аккумуляторных  батарей:Полное напряжение в конце заряда выбранных аккумуляторных батарей:По табл. 21 из приложения 2 выбираем и записываем выпрямитель с данными, отвечающими требованиям:, В; , А.Один выпрямитель: УЗА-150-80Технические данные выпрямительного устройства для заряда и подзаряда аккумуляторных батарей УЗА-150-80МаркаНапряжение питающей сети, ВВыпрямленное напряжение, ВВыпрямленный ток , АМасса, кгУЗА-150-80380/22032…..80150320Упрощенная электрическая схема включения аккумуляторных батарей и зарядного выпрямителя представлена на рис.5.6Рисунок 5.6 - Упрощенная электрическая схема включения аккумуляторных батарей и зарядного выпрямителя5.13 Расчет заземленияДля обеспечения электробезопасности и защиты электрооборудования при установках в обязательном порядке применяется заземление с помощью специальных заземляющих устройств.В четырехпроходных сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, к числу которых относятся и электросети котельной, для этих целей используется так называемое зануление.Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей (корпусов, кожухов и т.д.), которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - это проводник, соединяющий зануляемые части с глухо заземленной нейтралью трансформатора.                    Зануление в сетях с глухозаземленной нейтралью превращает замыкание любой фазы на корпус в однофазные короткие замыкания, в результате чего срабатывает  максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. За счет этого уменьшается длительность режима замыкания на корпус и, следовательно, существенно снижается вероятность поражения человека электрическим током.Для обеспечения величины тока однофазного короткого замыкания на землю, обеспечивающей срабатывание защитных устройств  (предохранителей,  автоматических выключателей) сечения нулевого (нейтрального) провода и нулевых защитных проводников должна быть не менее 50% сечений фазных проводов. Это условие было отмечено нами в п. 5.10 (табл.5.11 стр.51-52) при  выборе кабелей электросети котельной.Нулевой провод должен иметь надежные соединения. Поэтому соединения нулевого провода до защищаемого корпуса выполняем сварными. Присоединение нулевых проводов к некоторым корпусам электрооборудования выполняем болтовым соединением. Зануление однофазных потребителей, например, светильников, осуществляем специальным проводником (или жилой кабеля), который не может одновременно служить проводом для рабочего тока. Выполняем расчет рабочего заземления.Для электроснабжения механизмов и устройств котельной используется электропроводная  сеть напряжением 380 В, для которой обязательно глухое заземление нейтрали трансформаторов КТП. Заземляющее устройство (ЗУ) выполняется выносным и размещается в непосредственной близости от котельной. ЗУ рабочего заземления искусственное, с использованием заземлителей - стальных проводников, размещаемых вертикально в земле на расстоянии 2.5...3 м, и стальных полос с сечением не менее 40 (толщиной 4 мм), связывающих заземлители в общий заземляющий контур. Последний соединяется с нейтралью трансформатора - специально прокладываемым заземляющим проводником - стальной полосой (40 мм2, 4 мм толщиной). В качестве заземлителей используем трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм и наружным диаметром 76 мм и длиной 3 м. Заземлители забиваем вертикально в землю в предварительно вырытой траншее глубиной   Н0 = 0,7 м. Связывающую полосу укладываем на ребро по дну траншеи и привариваем к заземлителям. Заземлители размещаем в ряд при их относительно небольшом количестве (до 20 шт).К заземлению предъявляются особые требования.Каждое ЗУ должно обеспечивать определенную величину так называемого сопротивления растеканию тока , т.е. сопротивления, которое оказывает электрическому току в земле участок почвы от заземлителя до точек с нулевым потенциалом. Так, Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) предписаны следующие значения : ▪ для электроустановок напряжением до 1000 В и присоединенной мощностью потребителей 100 и более кВА:, Ом▪ для электроустановок с напряжением более и менее 1000 В одновременно, Омно при условии, что в любом случае полученная величина не должна быть больше для напряжения до 1000 В, т.е. Rз = 4 Ом. В формуле  - расчетный ток однофазного замыкания на землю,  равный:где - фазное напряжение высоковольтного ввода в котельную (кВ); и - длины высоковольтных кабельных и воздушных линий, подключенных со стороны ВН к городской (районной) трансформаторной подстанции, от которой организовано электроснабжение котельной (км).В соответствии с заданием, требованиями, описанными выше, принимаем км, км - для сети РЭС 10 кВ, определяем необходимую величину Определяется расчетное удельное сопротивление грунта ρ с учетом климатического коэффициента ψ по формуле:, Ом·м (5.26)Значения   и   берем из таблицы 13.1 для выбранного нами грунта и степени его влажности. Принимаем: вид грунта – суглинок; степень влажности – средний.Тогда, расчетное удельное сопротивление грунта ρ с учетом климатического коэффициента ψ по формуле (5.26), будет равноТип вертикальных заземлителей - трубы и угловая сталь, длиной 2,5 и 3 м, соответственно.Определяем предварительное число  (табл.13.2) вертикальных заземлителей и размещаем их на плане в ряд с учетом расстояния между ними. Рассчитываем сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя:где м; ; м.Определяем суммарное сопротивление растеканию тока всех параллельно соединенных по отношению к земле вертикальных заземлителей без связующей полосы:где  -коэффициент использования вертикальных заземлителей, взаимовлияющих (экранирующих) друг на друга. Значение   выбирается с интерполяцией по табл. 22 приложения 2 в соответствии с заземлителями, их размещением и размерами. Находим общую длину стальной полосы, связующей все вертикальные заземлители. Удобнее всего это сделать с помощью плана контура заземления. Длина связующей полосы при установке вертикальных заземлителей в ряд или одиночный контур определяется из соотношения:мгде  - расстояние между заземлителями, м (2,5…3 м).   Рассчитываем сопротивление растеканию тока  связующей полосы, как одиночного горизонтального, углубленного в грунт на глубину H0=0,7 м, заземлителя:где м – ширина полосы.По табл. 23 приложения 2 для принятого размещения и числа Nпр вертикальных заземлителей определяем с интерполяцией коэффициент использования связующей полосы, учитывающий влияние (экранирование) вертикальных заземлителей на ее сопротивление Далее находим фактическое сопротивление растеканию тока связующей полосы:Рассчитываем полное расчетное сопротивление тока всего заземляющего контура, в котором вертикальные заземлители и связующая полоса соединены по отношению к земле параллельно:ОмСравниваем требуемую величину  Rз, с расчетной Rз1. Должно выполняться условие:Условие не выполняется. Так как , то следует уменьшить число вертикальных заземлителей  и повторить весь расчет. где  . мгде расстояние между заземлителями, принимаем м.   Рассчитываем сопротивление растеканию тока  связующей полосы, как одиночного горизонтального, углубленного в грунт на глубину H0=0,7 м, заземлителя:где м – ширина полосы.По табл. 23 приложения 2 для принятого размещения и числа Nпр=14 вертикальных заземлителей определяем с интерполяцией коэффициент использования связующей полосы, учитывающий влияние (экранирование) вертикальных заземлителей на ее сопротивление Далее находим фактическое сопротивление растеканию тока связующей полосы:Рассчитываем полное расчетное сопротивление тока всего заземляющего контура, в котором вертикальные заземлители и связующая полоса соединены по отношению к земле параллельно:ОмСравниваем требуемую величину  Rз, с расчетной Rз1. Должно выполняться условие:Условие выполняется, так как . 5.14 Электрическая схема электроснабжения котельнойНа схеме вычисляются результаты выбора КТП, распределительных щитов (пунктов), кабелей и проводов, включая линии ввода. Схема вычерчивается в однолинейном изображении на листе форматом A4. КТП, кабеля, провода и щиты подписываются своими марками. Отходящие от распределительных щитов и от линейных шкафов КТП сопровождаются подписями, определяющие назначеных линий.Электрическая схема электроснабжения котельной представлена на рис.5.7.Рисунок 5.7 - Электрическая схема электроснабжения котельнойСПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ1. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2005. 751 с.2. Немцов М.В. Электротехника и электроника. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 595 с.3. Касаткин А.С, Немцов М.В. Электротехника. М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 538 с.4. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника: учебное пособие для вузов/М.А. Жаворонков, А.В. Кузин.-М.: Академия, 2005.-400с.5. Паначевный Б.И. Курс электротехники.: учебник для вузов/ Б.И. Паначевный. – 2-е изд. дораб.-Ростов-н/Д: Торсинг, 2002.-288с.6. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. Пантюшина B.C. М.: Высшая школа, 1979.7. Рекус Г.Г. Общая электротехника и основы промышленной электроники. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2008. 653 с.8. Кузовкин В.А. Электротехника. Основы теории с практическими приложениями. М.: Высшая школа, 2004.9. Гусев В.Л. Основы проектирования котельных установок. М.: Изд-во литературы по строительству, 1973.10. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.Энергоатомиздат, 1989.11. Энергетические насосы. Каталог. М.:ЦИНТИхимнвфгем8ш, 1974.12. Правила устройства электроустановок. М.:Энергоатомиздат,13. СНиП 3.05,06-85. Электротехнические устройстве. М.: Стройиздат, 1986