Методические указания к курсовому проектированию по курсу Проектирование систем электрификации идипломному проектированию по курсу

• Название: Методические указания к курсовому проектированию по курсу Проектирование систем электрификации идипломному проектированию по курсу
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 3.43 Mb.
• Имя файла: Dok_PROKT_E-FIKATsII_soft_Word.doc
• Тип: Методические указания; #420913
• страница: 1 из 31

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Департамент научно-технологической политики и образования
Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

Ярославская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра «Электрификация»

инженерного факультета ЯГСХА

Проектирование систем электрификации

Методические указания к курсовому проектированию

по курсу «Проектирование систем электрификации»

и дипломному проектированию по курсу

«Электрооборудование и электротехнологии в АПК»

Для студентов дневного и заочного обучения по направлению подготовки бакалавра 35.03.06 – «Агроинженерия»

Профиль «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»



Ярославль

2016

УДК 621.371:621.311(075.3)

Составители: зав. каф., д.т.н., доцент П.С. Орлов

старший преподаватель кафедры «Электрификация»

ФГБОУ ВО «Ярославская ГСХА» А.С. Степанов

Учебное пособие разработано в соответствии с программой по курсу «Проектирование систем электрификации» для студентов дневного и заочного обучения по направлению подготовки бакалавра 35.03.06 – «Агроинженерия» Профиль «Электрооборудование и электротехнологии в АПК»

Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированиию по изучению разделов курса «Проектирование систем электрификации» рассмотрены на заседании кафедры «Электрификация» ЯГСХА 2016 г. протокол № и рекомендованы к внедрению в учебный процесс.

Рецензенты:

Зав. каф. Математика и информационные технологии ФГБОУ ВО Ярославская ГСХА

к.фм.н. профессор К.А. Зиновьев.


Зав. каф. прикладная математика и вычислительная техника ФГБОУ ВО ЯГТУ

д.т.н., профессор Д.О. Бытев

Учебное пособие «Проектирование систем электрификации» к курсовому и дипломному проектировании. по изучению разделов курса «Проектирование систем электрификации» рекомендованы к публикации и использованию в учебном процессе учебно – методическим советом инженерного факультета ФГБОУ ВО Ярославская ГСХА 201 года протокол № ..

© Макет сборника учебного пособия «Проектирование электроснабжения сельскохозяйственных и коммунальных объектов» к курсовому и дипломному проектированиию по изучению разделов курса «Электрооборудование и электротехнологии в АПК» для студентов дневного и заочного обучения по направлению подготовки бакалавра 35.03.06 – «Агроинженерия» профиля «Электрооборудование и электротехнологии в АПК» является собственностью ФГБОУ ВО Ярославская ГСХА. Тиражирование сборника возможно только с разрешения владельца макета. При цитировании обязательна ссылка на источник.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ …………….. ….………………………………………………. 5

Основные определения ……………………………………………………. 7

1 Содержание проекта электроснабжения …………………………… 11

1.1 Знания, умения, навыки, формируемые предшествующими дисцип

линами …………………………………………………………………….. 12

1.2 Компетенции студента, формируемые в процессе написания курсового и дипломного проектов ……………………………………… 14

1.3 Графическая часть проекта …………………………………………. 17

1.2 Пояснительная записка …………………………………………….. 22

1.3 Последовательность разработки проекта ………………………… 31

1.4 Порядок расчета электроснабжения поселка, предприятия, цеха,

участка …………………………………………………………………….. 31

2 Потребители электрической энергии …………………………….. 33

3 Выбор питающего напряжения потребителей …………………… 36

4 Расчет нагрузок …………..…………………………………………. 51

4.1 Расчет силовых нагрузок ...…………………………………………. 51

4.2 Расчет осветительной нагрузки …………………………………… 64

4.3 Расчет нагрузок жилых зданий ……………………………………. 65

4.4 Расчет нагрузок общественных зданий, городских и поселковых сетей ……………………………………………………………………….. 66

4.5 Компенсация реактивной мощности …………………………….. 68

5 Выбор шинопроводов, проводов и кабелей на напряжение до 1 кВ 70

5.1 Шинопроводы ……………………………………………………… 70

5.2 Провода и кабели …………………………………………………… 73

5.3 Электрические расчеты сетей и проводок ……………………….. 75

5.3.1 Основные физические характеристики проводов и кабелей ……. 75

5.3.2 Определение сечения проводов и жил кабелей по условию нагрева 78

5.3.3 Проверка проводов и кабелей по потере напряжения …………… 80

5.3.4 Снижение потерь электрических сетей …………………………… 82

6 Выбор аппаратов управления, коммутации и защиты ……………. 82

6.1 Назначение и классификация аппаратуры ………………………… 82

6.2 Рубильники и переключатели ……………………………………… 83

6.3 Распределительные шкафы (ящики) ………………………………. 84

6.4 Выбор аппаратов защиты …………………………………………… 88

6.5 Магнитные пускатели ……………………………………………….. 100

6.6 Контакторы ………………………………………………………….. 103

7 Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий, предприятий агропромышленного комплекса и сельских населенных пунктов ……… 105

8 Расстановка электротехнического оборудования в цехах предприя- тий и на трансформаторных подстанциях ………………………………… 136

9 Определение мощности электродвигателей привода ……………. 155

9.1 Выбор мощности электродвигателя. Кратковременный режим ра-

боты ………………………………………………………………………… 162

9.2 Выбор методики определения мощности электродвигателя, рабо-тающего в повторно – кратковременном режиме ……………………….. 164

9.3 Работа машины, предназначенной для длительного режима работы, в повторно – кратковременном режиме работы ………………………….. 168

9.4 Определение допустимого числа включений в час …………….. 170

9.5 Определение мощности электропривода при длительном режиме

работы и постоянной нагрузке …………………………………………… 171

10 Заземление ………………………………………………………….. 175

10.1 Системы заземления ………………………………………………... 175

10.2 Расчет токов короткого замыкания ……………………………… 183

10.3 Проверка электрической системы на действие токов коротких за-

мыканий ……………………………………………………………………. 196

11 Расчет электроснабжения ремонтного предприятия ……………. 200

11.1 Электрические нагрузки …………………………………………… 200

11.2 Определение расчетных электрических нагрузок предприятия …. 202

11.3 Определение сечений проводов распределительной сети 380/220 В 206

11.4 Расчет токов короткого замыкания распределительных сетей …… 211

11.5 Выбор электрооборудования ………………………………………. 213

11.6 Расчет заземляющего устройства ………………………………….. 218

12 Задачи на компенсацию реактивной мощности …………………… 222

12.1 Условия задач на компенсацию реактивной мощности …………… 222

12.2 Решение задач на компенсацию реактивной мощности ………….. 226

Справочные материалы …………………………………………………… 235

Список использованной литературы …………………………………….. 236

ВВЕДЕНИЕ
Наука об электричестве, как самостоятельная отрасль естествознания, появилась в XVII в., но первый интерес к электричеству проявили греческие мыслители. Они же сделали первые шаги в исследовании электрических и магнитных явлений. «В многообразных формах греческой философии уже имеются в зародыше в процессе возникновения почти все позднейшие типы мировоззрений. Поэтому и теоретическое естествознание, если оно хочет проследить историю возникновения и развития всех теперешних общих положений, вынуждено возвращаться к грекам» (К.Маркс).

Первоначально электрические и магнитные явления отождествлялись, так как было известно, что магниты и наэлектризованные тела притягивают другие тела. Первая серьезная работа, разграничившая электрические и магнитные явления написанная в 1600 г. принадлежит Гильберту, (1544  1603) лейб-медику английской королевы. Уильям Джалберт Колчестерский занимался исследованиями магнетизма, чему способствовали потребности мореплавания: Англия в то время была ведущей морской державой. В честь его единица магнитодвижущей силы в системах СГС и СГСМ носит название гильберт (в системе СИ – ампер). 1 Гб = 0,795775 А. История открытия магнитных свойств веществ уходит вглубь веков. Более двух тысяч лет назад в Китае естественные магнитные материалы использовали в качестве компаса.

Исследование электричества пошло значительно быстрее после изобретения Отто фон Герике  губернатора Магдебурга  электрической машины. Через 70 лет Голландский ученый Мушенбрук изобретает Лейденскую банку  конденсатор. Плоский конденсатор изобретает академик Франц Эпинус – заведующий физической лаборатории (комнаты) Санкт – Петербургской АН, современник (и начальник) Ломоносова Михаила Васильевича (1711 – 1765).

Французский физик Шарль Огюстен Кулон (1736 – 1806) прошедший, после окончания средней школы, военную инженерную подготовку был послан в колонии руководить строительством фортификационных укреплений. В 1772 г. вернувшись в метрополию и, продолжая заниматься строительством укреплений в метрополии, он ведет научные исследования. С 1781 г.  член Французской академии наук изобретает крутильные весы, исследует взаимодействие электрических зарядов и в 1785 году открывает основной закон электростатики, названный в последствии его именем. Кулон показал, что электрические заряды располагаются на поверхности проводника, ввел понятие магнитного момента и поляризации зарядов.

В 1780 г. итальянский ученый Луиджи Гальвани, профессор анатомии Болонского университета (р. 1737, умер в нищете от истощения в 1798 г.) открыл гальваническое электричество. В 1777 г. итальянский профессор физики Алессандро Вольта (1745  1828 г.) экспериментально установил, что при тесном соприкосновении (контакте) двух разнородных металлов между ними возникает разность потенциалов – контактная разность потенциалов, зависящая от металлов и температуры. Вольта выявил также ряд металлов (ряд Вольты или ряд напряжений), в котором каждый предыдущий металл при контакте с одним из последующих приобретает положительный потенциал (ряд Вольты близок к ряду активности металлов). Он также сформулировал первый и второй законы Вольты. В 1800 г. исходя из теоретических представлений А. Вольта изобретает батарею гальванических элементов  вольтов столб, состоящий из медных и цинковых электродов, между которыми помещались суконные прокладки, пропитанные электролитом. Но понастоящему электроэнергия вошла в жизнь человеческого сообщества только после появления дешевых электромашинных преобразователей – генераторов электрического тока, и прежде всего  генераторов трехфазного переменного тока.

Инженер М.О. Доливо – Добровольский (1862 – 1919) – основоположник техники трехфазного тока (1889 г), изобретатель трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутой и фазной обмотками ротора, трехфазного синхронного генератора и трехфазного трансформатора разработал теорию расчета трехфазных электрических цепей переменного тока, создал систему передачи электрического тока на большие расстояния.

Впервые трансформация переменного тока с помощью двухобмоточного трансформатора со стрежневым разомкнутым магнитопроводом, с коэффициентом трансформации, равным единице осуществлена в 1876 г. П.Н. Яблочковым и И. Ф. Усагиным для питания свечи Ябочкова. В 1889 г. М.О. Доливо – Добровольский изобрел трехфазный трансформатор в виде трехлучевой звезды; затем трансформатор в виде трехгранной призмы. В 1991 г. им был запатентован трехстержневой плоский трехфазный трансформатор.

Асинхронный двигатель — одна из самых распространенных электрических машин в настоящее время, которые потребляют более 40 % всей производимой электроэнергии. По подсчетам Феррариса к.п.д. асинхронного двигателя не мог превысить 50 %. Анализ выводов Феррариса об экономической непригодности двухфазного двигателя, проведенный М. О. ДоливоДобровольским, позволил ему разработать конструкцию трехфазного асинхронного двигателя, сохранившуюся без существенных изменений до нашего времени. По глубокому убеждению Доливо-Добровольского, обмотка ротора двигателя должна иметь небольшое сопротивление, тогда возникающие в ней токи создадут значительный вращающий момент.

В настоящее время установленная мощность всех асинхронных двигателей превысила 2 млрд. кВт (в 1980 г. в СССР — более 250 млн. кВт).

Протяженность воздушных линий 6(10) кВ в России более 1,5 млн км – до 45 % от общей протяженности линий электропередач 0,4110 кВ. Отличительной особенностью сельских распределительных сетей является их большая протяженность и сравнительно малая мощность потребителей электрической энергии. Поэтому любой единичный мощный потребитель резко «сажает» напряжение сети в момент пуска, что резко снижает надежность бесперебойной работы большого числа потребителей электрической энергии.

Основные определения
Вводное устройство (ВУ)  совокупность конструкций, аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе питающей линии в здание или его обособленную часть. Вводное устройство, включающее в себя также аппараты и приборы отходящих линий, называется вводно-распределительным (ВРУ).

Внутрицеховая (встроенная) подстанция (встроенное РУ)  закрытая подстанция (закрытое РУ), вписанная (вписанное) в контур основного производственного здания (от­крыто или в обособленном закрытом помещении).
Воздушная линия электропередач  линейное устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе, прикрепленных с помощью изоляторов и арматуры на опорах или кронштейнах, установленных на инженерных сооружениях сечением медных проводов не менее 16 мм² (25 мм² – Al )
Главная понизительная подстанция (ГПП)  трансформаторная подстанция, получающая электроэнергию от энергосистемы напряжением 35 кВ и выше и распределяющая ее по территории предприятия.

Главный распределительный щит (ГРЩ)  распределительный щит, снабжающий электроэнергией все здание или его обособленная часть. Роль ГРЩ может выполнять ВРУ или щит низкого напряжения подстанции.

Групповой щиток  устройство с аппаратами защиты и коммутаци­онными аппаратами (или только с коммутационными аппаратами) для управления (и защиты) отдель­ными группами светильников, штепсельных розеток и стационарных элек­троприемников.

Кабельная линия электропередач  линейное устройство для передачи электрической энергии, состоящее из одного или нескольких бронированных или небронированных кабелей в совокупности с соединительными и концевыми (стопорными) муфтами (заделками, воронками) и крепежными деталя­ми (для маслонаполненных линий, кроме того, с подпитывающими аппаратами и системой сигнализации давления масла).
Комплектная трансформаторная подстанция (КТП)  подстанция, состоящая из трансформатора (трансформаторов) и блоков (КРУ и других элементов), поставляемых в собранном или полностью подготовлен­ном для сборки виде. Комплектные трансформаторные подстанции или части их, устанавливаемые в закрытом помещении  внутренней установки. КТП, установленные под открытом небом  наружной установки.
Комплектное распределительной устройство (КРУ)  РУ, состоящее из полностью или частично закрытых шкафов или блоков с аппаратами, устройствами защиты и автоматики, поставляемое в собранном (или подготовлен­ном для сборки) виде, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входя­щее в состав трансформаторной подстанции.

Короткое замыкание (КЗ)  непосредственное соединение любых точек разных фаз или фазы и нулевого про­вода электрической цепи, которое не

предусмотрено нормаль­ными условиями работы электроустановки (аварийный режим работы).

Магистраль – линейное устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, предназначенная для передачи электроэнергии нескольким распределительным пунктам, присоединенным к ней в разных точках.

Независимый источник питания электроприемника (элек­троприемников)  источник питания, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в допустимых пределах при исчезновении его на другом (других) источниках питания. Независимые источники питания: две секции или системы шин одной или двух электростанций (подстанций) при одно­временном соблюдении двух условий:

 каждая из секций (систем шин) запитана от независимого источника питания;

 секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь,
автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секции (системы) шин.

Низковольтное комплектное устройство (НКУ)  комплекс конструкций, аппаратов и приборов, предназначенных для приема, распределения и (или) управления электроприемниками электрической энергии, (НКУ распределения и управления, НКУ управ­ления).

Ответвление  линейное устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, отходящее от магистрали или от одного из его распределительных пунктов, предназначенная для передачи электрической энергии одному или нескольким распределительным пунктам (потребителям электрической энергии).

Отделитель – электрический аппарат для автоматического отключения отдельных участков сети высокого напряжения на холостом ходу за время не более 0,1 с (может иметь кинематическую связь с короткозамыкателем).

Подстанция глубокого ввода (ПГВ)  подстанция с первичным напряжением 35 кВ и выше, выполняемая по упрощенным схемам первичной коммутации, получающая пита­ние от энергосистемы или узловой распределительной подстанции данного предприятия и предназначенная для питания отдельного цеха, корпуса, группы цехов предприятия.

Потребитель электрической энергии (электроприемник)  электрическая машина, электроагрегат, электрическая установка, преобразующая электрическую энергию.

Пристроенная подстанция (пристроенное РУ)  подстанция (РУ), непосредственно примыкающая (примыкающее) к основному зданию.

Распределительный шкаф (пункт)  устройство напряжением до 1 кВ, в котором установлены аппараты защиты и коммутации (или только защиты) электроприемников или их групп (электродвигателей, групповых щитков).

Распределительной устройство (РУ)  (расположенное в здании, сооружении закрытое – ЗРУ) устройство, предназначенное для приема и распределения электро­энергии, содержащее коммутационные аппараты, сборные и соеди­нительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, ак­кумуляторные …), а также устройства защиты, автоматики и изме­рительные приборы, входящие в состав трансформаторной или преобразовательной подстанции. В открытом РУ (ОРУ), все или основное оборудование которого расположено под откры­тым небом.

Распределительный пункт (РП)  РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации, не входя­щее в состав трансформаторной подстанции.

Разъединитель – электротехническое устройство, предназначенное для отключения и переключения отдельных участков электрической сети на холостом ходу, создавая видимый разрыв цепей в высоковольтных распределительных устройствах, обеспечивая безопасность профилактических и ремонтных работ на отключенных участках (может иметь кинематическую связь с короткозамыкателем).

Реклоузер  устройство, состоящее из вакуумного выключателя нагрузки со встроенной системой измерения токов и напряжений и системы управления релейной защитой и автоматикой выполняющих оперативные переключения в распределительной сети и автоматическое: отключение поврежденного участка, повторное включение линии (АПВ), выделение поврежденного участка, восстановление питания на исправных участках сети (АВР), сбор, обработку и передачу телеметрической информации о параметрах режимов работы сети и состоянии собственных элементов устройства.

Силовое электрооборудование – комплекс электротехнических устройств, состоящих из потребителей (кроме освещения), распределительных сетей и аппаратуры управления, защиты и документирования технологических процессов.

Система электроснабжения (электроснабжение)  комплекс электроустановок, обеспечивающих потребителей электрической энергией.

Столбовая (мачтовая) трансформаторная подстанция  открытая трансформаторная подстанция, без ограждения, оборудование которой установлено на высо­те (на конструкциях или опорах воздушных линий).

Токопровод  устройство, предназначенное для передачи и распределения элек­троэнергии, состоящее из неизолированных и изолированных про­водников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, от-ветвительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций.

Фидер  один или несколько однофазных, двухфазных, трехфазных или многофазных параллельных проводников, кабелей, шин или воздушных линий электропередач (линейное устройство для передачи электрической энергии или любая или несколько его фаз) от распределительного устройства к распределительному пункту, магистрали или отдельному электроприемнику, запитывающий электроустановку (потребителя электрической энергии) через один ввод.

Центральная распределительная подстанция (ЦРП)  бестрансформаторная подстанция предприятия, получающая электроэнергию от энергосис­темы напряжением 10(6) кВ и распределяющая ее на том же напря­жении по территории предприятия.

Шинопровод  жесткий токопровод напряжением до 1 кВ, поставляемый комплектными сек­циями.

Электрическая подстанция  электроустройство, предназначенное для распределения и преобразования электрической энергии, состоящее из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. Подстанции могут быть трансформаторными, преобразовательными или распределительными в зависимости от выполняемой функции.

.Электрическая сеть  комплекс линейных устройств по передаче электрической энергии и перераспределению ее между потребителями, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередач.