Цми. 13. 02. 07. 13. Пз общая часть
Скачать 0.7 Mb.
|
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист ЦМИ.13.02.07.13.ПЗ 1.Общая часть
Цех металлоизделий (ЦМ) является составной частью отрасли тяжелого машиностроения и предназначен для выпуска различных изделий для этого производства. В цехе предусмотрено термическое отделение, в котором производится предварительная подготовка заготовок и окончательная подготовка готовых изделий. В станочном отделении установлены станки различного назначения. Транспортные операции производятся с помощью мостовых кранов и наземных электротележек. Кроме названных в цехе имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения. ЦМ получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,6 км от заводской подстанции глубокого ввода (ПГВ). Напряжение — 10 или 35 кВ. От энергосистемы (ЭСН) до ПГВ — 15 км. Количество рабочих смен — 2. Потребители ЭЭ по надежности ЭСН — 2 и 3 категории. Грунт в районе цеха — песок с температурой +10 °С. Каркас здания сооружен из блоков - секций длиной 4, 6, и 8 м каждый. Размеры цеха A×B×H = 48×30×10 м. Все помещения, кроме станочного и термического отделений, двухэтажные высотой 4 м. Перечень ЭО цеха дан в таблице 1. Мощность электропотребления (Pэп) указана для одного электроприемника. Расположение основного ЭО показано на плане (рис. 1). Таблица 1- Перечень ЭО цеха металлоизделий
Рисунок 1 План расположения ЭО цеха металлоизделий 1.2 Классификация помещений по взрыво-, пожаро- и электробезопасности Таблица 2 Классификация помещений по взрыво-, пожаро- и электробезопасности
2 Расчетно-конструкторская часть 2.1 Определение категории надежности электроснабжения и выбор схемы электроснабжения В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) потребители электроэнергии (ЭЭ) по надёжности ЭСН относятся ко второй и третьей категории. Электроприёмники второй категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться ЭЭ от двух независимых источников питания. Для электроприёмников второй категории при нарушении ЭСН от одного из источников питания допустимы перерывы ЭСН на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Электроприёмники третьей категории – все остальные электроприёмники, не попадающие под определения первой и второй категории. Для электроприёмников третьей категории ЭСН может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены повреждённого элемента системы ЭСН, не превышает одних суток. Для распределительных сетей применяется преимущественно радиальная схема питания отдельных электроприемников от цеховых распределительных пунктов и шинных магистралей. Радиальные схемы электроснабжения представляют собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы применяют в тех случаях, когда нельзя применить магистральные схемы. Так как трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка распределяется по секциям примерно одинаково, а потому принимаются следующие РУ: РП1 (для 3-фазного ПКР), РП2 (для 1-фазного ПКР), ЩО, ШМА1 и ШМА2 (для 3-фазног ДР). Таким образом, можно уравнять нагрузки на секциях и сформировать схему ЭСН: Рисунок 2 Схема ЭСН цеха 2.2 Расчет электрических нагрузок, компенсирующего устройства и выбор трансформаторов Рассчитываем нагрузки по формулам: Рм=КмРсмс; Qм=К’мQсм; Sм=, где Рм– максимальная активная нагрузка, кВт; Qм– максимальная реактивная нагрузка, квар; Sм– максимальная полная нагрузка, кВ∙А; Kм– коэффициент максимума активной нагрузки; Kм’– коэффициент максимума реактивной нагрузки; Pсм– средняя активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт; Qсм– средняя реактивная мощшность за наиболее загруженную смену, квар. Рсм= КиРн; Qсм= Рсмtgφ, Рн=Рн– для электроприемников ПКР; Определяем потери мощности в трансформаторе Приближенно потери мощности в трансформаторе учитываются в соответствии с соотношениями: ΔР= 0,02SHH; ΔQ= 0,1SHH; ΔS=; SBH= SHH+ ΔS. Определяется ток на РУ: Iм(рп1) = = 3,8А; Iм(рп2) = = 2,3А; Iм(ШМА1) = = 220,8А; Iм(шма2) = = 218,8А; Iм(ЩО) = = 4,9А; Нагрузка ОУ (осветительной установки) определяется методом удельной мощности: Роу= РудS. Где Руд – удельная мощность нагрузки ОУ для данного помещения; S – площадь помещения. Pоу = = 14, 4 кВт Все рассчитанные значения заносим в «Сводную ведомость нагрузок» (Приложение 1). Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности. Sт≥Sр=0,7Sм(ВН)== 240,772 По «Справочному пособию по электрооборудованию и электроснабжению» Шеховцова В.П. выбираем: КТП 2x 400- 10/0,4; с двумя трансформаторами ТМ-400/10/0,4 Rт=5,5 мОм Xт= 17,1 мОм Zт=18 мОм = 195 мОм ΔPхх=0,740 кВт ΔPкз=3,7 кВт Икз=4,5 % iхх=2,1% Кз= = Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения Qк.р=αPм(tgφ-tgφк) Qк.р- расчетная мощность КУ, квар; α- коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается α= 0,9 tgφ,tgφк – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации. Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφк=0,92…0,95. cosφк= 0,95 тогда tgφк= 0,32 Qк.р=αPм(tgφ-tgφк)== 23,21квар tg φ= 0,41 По «Справочному пособию по электрооборудованию и электроснабжению» Шеховцова В.П. выбираем: 2×KCK1-0..38-30-ЗУЗ Определяются фактические значения tgφф и cosφф после компенсации реактивной мощности: tgφф=tgφ-0,41-0,313 cosφк= 0,95 2.3 Расчет и выбор элементов электроснабжения 2.3.1 Выбор аппаратов защиты и линий электроснабжения Ток трансформатора Iт= = 380,2 А; IРУ= =323,5 А. Заносим значения токов ЭП в «Сводную ведомость электроприемников» (Приложение 2) Подбираем аппараты защиты к ЭП по «Справочному пособию по электрооборудованию и электроснабжению» Шеховцова В.П. и заносим их технические данные в «Сводную ведомость электроприемников». 2.4 Расчет токов КЗ 2.4.1 Выбор точек и расчет КЗ Lвн=1,6 км Lкл1=5 м(длина линии ЭСН от ШНН до ШМА1) Lш=2 м (участок ШМА1 до ответвления) Lкл2=45м (длина линии ЭСН от ШМА1 до потребителя) Для системы Ic= = 14,45 А Рисунок 3 Расчетная схема Рисунок 4 Схема замещения Рисунок 5 Схема замещения упрощенная По «Справочному пособию по электрооборудованию и электроснабжению» Шеховцова В.П. ВЛ АС-3×10/1,8; Iдоп=84; x0=0,4 Ом/км; Xc’= =0,64 Ом r0== =13,33 Ом/км R’c= r0Lc=13,33∙1,6= 21,33 Ом. Сопротивления приводятся к НН: Rc= Rc’∙= 21,33∙= 34,13 мОм; Xc= Xc’∙= 0,64∙=1,02 мОм. Для трансформатора: Rт=9,4 мОм, Xт= 27,2 мОм, Zт=28,7 мОм, = 311 мОм Для автоматов: 1SF R1SF= 0.11 мОм; x1SF= 0.12 мОм; Rп1SF= 0,2 мОм; SF1 RSF1= 0.15 мОм; xSF1= 0.17 мОм; RпSF1= 0,4 мОм; SF RSF= 2 мОм; xSF= 1,8 мОм; RпSF= 0,9 мОм. Для кабельных линий: КЛ1 r'0=12,5 x0=0,116 Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то r0= r0’= ∙12,5= 4,2 Rкл1= r0Lкл1= 4,2∙5=21 Xкл1= x0Lкл1= 0,116 ∙5=0,58 КЛ2: r0= 4,2 x0=0,116 Rкл2= 4,2∙45=189 Xкл2= 0,116∙45=5,22 Для шинопровода ШРА 250: r0=0,21 ; x0= 0,21; r0п=0,42 ; x0п=0,42; Rш= r0Lш = 0,21∙2=0,42 Xш= x0∙Lш = 0,21∙2=0,42 Для ступеней распределения: Rc1=15; Rc2=20 Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему (рис.5) Rэ1= Rc+ Rт+R1SF+Rп1SF+Rc1=34,13+9,4+0,11+0,2+15=58,84 мОм; Xэ1= Xc+ Xт+X1SF= 1,02+27,2+0,12=28,34 мОм; Rэ2= RSF1+RпSF1+Rкл1+Rш+Rс2=0,15+0,4+21+0,42+20=41,97 мОм; Xэ2= XSF1+Xкл1+Xш=0,17+0,58+0,42= 1,17 мОм; Rэ3=RSF+RпSF+Rкл2= 2+0,9+189=191,9 мОм; Xэ3= XSF+ Xкл2= 1,8+5,22=7,02мОм. Вычисляются сопротивления до каждой точки КЗ Rк1= Rэ1= 58,84 мОм; Xк1=Xэ1=28,34 мОм; Zк1= == 65,30 мОм; Rк2= Rэ1+Rэ2= 58,84+41,97 = 100,81 мОм; Xк2= Хэ1+Хэ2=28,34 +1,17 = 29,51 мОм; Zк2= == 105,04 мОм; Rк3= Rк2+Rэ3= 100,81 + 191,9 = 292,71мОм; Xк3= Хк2+Хэ3= 29,51 +7,02 =36,53 мОм; Zк3= == 294,98 мОм; Определяем коэффициенты Ку и q: Ку1= ƒƒ(2,08)=1,0; Ку2= ƒ ƒ(3,42)= 1,0; Ку3= ƒ ƒ(8,01)= 1,0; q1=; q2 = q3 = 1. Определяются 3-фазные и 2-фазные токи КЗ и заносятся в «Сводную ведомость токов КЗ»: Iк1(3)= ; Iк2(3)= ; Iк3(3)= ; Iук1= q1Iк1(3)= 3,54 кА; Iук2= q2Iк2(3)= 2,09 кА; Iук3= q3Iк3(3)= 0,74 кА; iук1= =4,99 кА; iук2= =2,95 кА; iук3= =1,04кА; Iк1(2)= = 0,87∙3,54= 3,08 кА; Iк2(2)= 0,87∙Iк2(3)= 0,87∙2,09= 1,82 кА; Iк3(2)= 0,87∙Iк3(3)= 0,87∙0,74= 0,64 кА. Таблица 3 Сводная ведомость токов КЗ
Для кабельных линий Xпкл1= x0пLкл1= 0,42∙5=2,1 мОм; Rпкл1= 2r0пLкл1= 2∙0,42∙5=4,2 мОм; Rпш= r0пшLш= 0,21∙2= 0,42 мОм; Xпш= x0пшLш= 0,21∙2=0,42 мОм; Rпкл2= 2r0пLкл2= 2∙0,42∙45=37,8 мОм; Xпкл2= x0пLкл2= 0,42∙45=18,9 мОм; Zп1=15 мОм; Rп2= Rс1+Rпкл1+Rпш+Rс2=15+4,2+0,42+20=39,62 мОм; Xп2=Xпкл1+Xпш= 2,1+0,42=2,52 мОм; Zп2= =39,7 мОм; Rп3=Rп2+Rпкл2=39,62+37,8= 77,42 мОм; Xп3=Xп2+Xпкл2= 2,52+18,9= 21,42 мОм; Zп3== 80,33 мОм; Iк1(1)= = = 1,93 кА; Iк2(1)= = =1,60 кА; Iк3(1)= = =1,25 кА. 2.4.2 Проверка элементов по токам КЗ Согласно условиям по токам КЗ АЗ проверяются:
1SF: Iк1(1) ≥3Iн.р.(1SF); 1,93>3·0,63 кА SF1: Iк2(1) ≥3Iн.р.(SF1); 1,6 >3·0,4 кА SF: Iк1(1) ≥3Iн.р.(SF); 1,25>3·0,08 кА Надежность срабатывания обеспечена;
1SF: Iоткл(1SF) ≥√2 Iк1∞ (3); 25>1,41·3,54 кА 1SF: Iоткл(1SF) ≥√2 Iк1∞ (3); 25>1,41·2,09 кА 1SF: Iоткл(1SF) ≥√2 Iк2∞ (3); 25>1,41·0,74 кА Автомат при КЗ отключается не разрушаясь;
Iу(кз)≥Iп(для ЭД); Iу(кз)≥Iпик(для РУ); Согласно условиям проводники проверяются:
КЛ(ШНН-ШМА):Sкл1≥Sкл1.тс; 3 × 95> 43 мм2 Sкл1.тс= α Iк2∞ (3) √tпр(I)= 11·2,09·√3,5= 43мм2 tпр(I)=3,5с. КЛ(ШМА-Н):Sкл2≥Sкл2.тс; 50>10,61мм2 Sкл2.тс= α Iк3∞ (3) √tпр(II)= 11·0,74·√1,7= 10,61мм2 tпр(II)=1,7c. По термической стойкости кабельные линии удовлетворяют;
Iдоп ≥ Кзщ∙Iy(п) Согласно условиям шинопровод проверяется:
σш.доп ≥ σш, Для алюминиевых шин σдоп = 7*103 Н/см2. σ = = 1722,75/5,3=325,04 Н/см2; Ммакс= 0,125Fм(3)∙l= 0,125·45,94·3·102=1722,75 Н*см, так как Lш=2м, то достаточно иметь один пролет l=3м. Fм(3)= 0,176 ==45,94 Н Принимается установка шин «плашмя» с a= 100мм W= = =5,3 см3 (7*103)σдоп ≥ σ(0,325·103). Шинопровод динамически устойчив;
Sш ≥ Sш.тс; Sш=bh= 5·80=400мм2; Sш.тс= α Iк2∞ (3) √tпр(I)= 11·2,09·√3,5= 43мм2; (400 мм2) Sш ≥ Sш.тс(43 мм2). Шинопровод термически устойчив, следовательно, он выдержит кратковременно нагрев при КЗ до 200 ͦС. По потере напряжения ЭСН должна удовлетворять условию ΔU ≤ 10% от Uном Рисунок 6 Установка шин на опорах Рисунок 7 Расчетная схема ΔV Выбираем вариант расчета по токам участков ΔUкл1== ·220,8·5·10-3· ·(4,2·0,94+0,116·0,34)=2% ΔUш= = ·220,8·2·10-3· ·(4,2·0,94+0,116·0,34)=0,7% или ΔUш= ΔW0Lш=8,5·10-2=17·10-2В ΔUкл2== · 90,9·45·10-3 · ·(4,2·0,94+0,116·0,34)=7% ΔU= ΔUкл1+ ΔUш+ ΔUкл2=2+0,7+7=9,7% ΔU≤ ΔUдоп, 9,7%< 10%, что удовлетворяет силовые нагрузки. Расчет и выбор элементов релейной защиты (РЗ) Тип трансформатора ТМ-250-10/0,4 Ik1(3)= 3,54 кА Ik2(3)= 2,09 кА Определяется ток в линии ЭСН Iт= = 14,4 А; Рисунок 8 Схема релейной защиты Выбираем трансформатор ТЛМ-6 с I1=300А и I2=5А в количестве 2 штук. Определяется коэффициент трансформации Kт= =60 Ток срабатывания реле: А Кн(то)=1,8; Ксх=1,73 Выбирается РТМ- IV, Iср=100А Определяется Кч(то) и надежность срабатывания ТО при наименьшем (2-фазном) токе КЗ в начале линии ЭСН Кч(то)= Iк.мин=Iк(2)_= 0,87Iк1· Iс.з=KтIcp, Условие надежности Кч≥ 1,2 выполняется, следовательно, ТО срабатывает надежно. Выбирается реле МТЗ типа РТВ Iср.р(мтз)≥ кА Iср.р ≥ Кзап=1 (нет ЭД); Ксх= 1,25; Iнб= 14,4 А. Выбирается РТВ-I, Iср=5А Определяется Кч(мтз) и надежность срабатывания МТЗ на остальном участке при Ik2(2) (в конце линии): Кч(мтз)= Условие надежности выполнено Кч(мтз) ≥ 1,2. Составляется схема зон действия РЗ(рис.9) Рисунок 9 Зоны действия РЗ 2.5 Расчет заземляющего устройства электроустановок А×В=48×30 м Vлэп= 10 кВ Lлэп(кл)= 1,6 км Vн= 0,4 кВ ρ =800 Ом*м Определяется расчетное сопротивление одного вертикального электрода rв=0,3 ρ Ксез.в=0,3·800·1,3=312 Ом. Ксез.в = ƒ( верт, ІV)= 1,3. Определяется предельное сопротивление совмещенного ЗУ Rзу1≤ = 12,5 Ом (для ЛЭП ВН); Iз= = 1,6 А; Требуемое по НН Rзу2 ≤ 4 Ом на НН. Принимается Rзу2 = 4 Ом (наименьшее из двух). Но так как ρ = 100 Ом∙м, т о для расчета принимается Rзу ≤ 4 Ом. Определяется количество вертикальных электродов:
Nв.р’= . Принимается Nв.р’= 10;
Nв.р = = 14,5. Принимается Nв= 15. Размещается ЗУ на плане (рис. 10) и уточняются расстояния, наносятся на план. Так как контурное ЗУ закладывается на расстоянии не менее 1 м, то длина по периметру закладки равна Lп=(А+2)∙2+(В+2)∙2= (48+2)∙2+(30+2)∙2= 164 м. Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливают по одному вертикальному электроду, а оставшиеся – между ними. Для равномерного распределения электродов окончательно принимается Nв=16, тогда: аВ = 12,5 м; аА= м, Рисунок 10 План ЗУ подстанции Для уточнения принимается среднее значение отношения =3,41 Уточняются коэффициенты использования ηв =ƒ(конт.; 3,41; 16) = 0,45 ηг =ƒ(конт.; 3,41; 16) = 0,68 Определяются уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов Rг = = 10,97·lg (1921142,85)= 6,28·10,97=68,89 Ом. Ксез=ƒ(ІV)= 1,8 Rв= Ом. Определяется фактическое сопротивление ЗУ Rзу.ф== =26,6 Ом; Rзу.ф(26,6) следовательно, ЗУ эффективно. ЗУ объекта состоит из: Nв=16; Lв= 3 м; aA = 8 м; аВ= 12, 5 м; Lп = 164 м; Rзу= 26,6 Ом. Заключение При выполнении проекта были рассмотрены не только типовые вопросы электроснабжения, но и решен ряд задач применительно к оборудованию питающей подстанции. В результате проектирования системы электроснабжения была выбрана смешанная схема электроснабжения с двумя секциями шин. В настоящем проекте решены все поставленные вопросы, а именно: 1. Определены расчетные нагрузки, как отдельно по электропотребителям, так и в целом по цеху; 2. Разработана схема электроснабжения; 3. Разработана система электроосвещения; 4. Разработана система защиты элементов системы электроснабжения; 5. Осуществлены выбор и проверка оборудования и аппаратуры принятой схемы электроснабжения; 6. Разработаны меры по безопасной работе электротехнического персонала в электроустановках - спроектировано заземляющее устройство; 7. Выбрана и экономически обоснованы силовые трансформаторы схемы электроснабжения. Список использованной литературы 1. «Правила устройства электроустановок».- М.: «Госэнергонадзор», 2000 2. «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий». В 2-х т. – под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. – М.: «Энергия», 1974 3. «Справочник энергетика промышленного предприятия». в 4-х т. – под общ. Ред. А.А.Федорова, Г.В.Сербиновского и Я.М.Большама. М.-Л.: «Госэнергоиздат», 1963 4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. «Электрическая часть электростанций и подстанций». ( Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Для студентов ВУЗов).- М.: «Энергоатомиздат», 1989 5. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. «Электрооборудование станций и подстанций». М.: «Энергоатомиздат», 1987 6. Федоров А.А., Старкова Л.Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования».- Учебное пособие для ВУЗов. – М.: «Энергоатомиздат», 1989 7. Дъяков В.И. «Типовые расчеты по электрооборудованию». – М.: «Высшая школа», 1991 8. Александров К.К. и др. Электрические чертежи и схемы. М.: «Энергоатомиздат», 1990. 9. Ангарова Т.В. и др. «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий». М.: «Энергоатомиздат», 1981. 10. Шеховцов В.П. «Расчет и проектирование схем электроснабжения». М.: «ФОРУМ: ИНФА-М», 2003 11. Инструктивные материалы Главэнергонадзора/ Минэнерго СССР М.: Энергоатомиздат, 1986. 12. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению/ В.П. Шеховцов.- 2-е изд.- М.:ФОРУМ,2011.- 136с.-(Профессиональное образование). |