проектирование электроснабжения пром. предприятия. Расчёт системы электроснабжения промышленных предприятий по дисциплине Электроснабжение промышленных предприятий
 Скачать 1.64 Mb.
|
|
Расчет электрических нагрузок для проектирования низковольтной сети цеха Определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП. Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы. Исходные данные для расчета: типы и виды электроприёмников, их номинальная мощность, которая определяется по заданию технологов, а также коэффициент использования и коэффициент эффективной мощности из справочных данных. Паспортная мощность приводится к номинальной при ПВ 100% согласно выражению, [2]:  (4)где ПВ - паспортная продолжительность включения. Групповая мощность однотипных ЭП (далее всех ЭП цеха) определяется как, [2]:  ; (5) ; (6)где n – число электроприёмников. Средняя мощность для группы однотипных ЭП (ЭП цеха) определяется по выражению, [2]:  ; (7) . (8)где m – число характерных категорий ЭП. Определяется средневзвешенный коэффициент использования группы ЭП, [2]:  (9)Определяется эффективное число ЭП, [2]:  . (10)Полученное значение округляем до ближайшего большего. Если окажется, что эффективное число ЭП больше фактического числа ЭП, то принимаем  . Коэффициент расчетной нагрузки определяется в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа ЭП по кривым, представленным в /1/. Расчетные нагрузки определяются для всей характерной категории в целом, [2]:  , при nэф 2; (11) , при nэф = 1. Для питающих сетей напряжением до 1 кВ, [2]:  , при nэф 10, Кр 1; (12) , при nэф > 10, Кр 1. Необходимо учитывать осветительную нагрузку  ,  в составе расчётной нагрузки для выбора мощности силового трансформатора цеха.Полная расчётная нагрузка цеха при этом, [2]:  . (13)Подобные расчёты проводятся по приведенному выше алгоритму в приложении А. Для автоматов:  ,  .  ;  . По найденным суммарным значениям средней активной и реактивной мощности рассчитаем средневзвешенный коэффициент использования и эффективное число ЭП. Суммарная установленная активная мощность 1й группы ЭП:  .Номинальная мощность наиболее мощного ЭП:  Суммарная средняя активная мощность группы ЭП:  Суммарная средняя реактивная мощность группы ЭП:  Средневзвешенный коэффициент использования группы ЭП:  . Эффективное число ЭП:  .Так как фактическое число ЭП  , то принимается  .Коэффициент расчетной нагрузки  по кривым [2].Расчётная нагрузка категории:  , так как  . .Осветительная нагрузка определяется по удельной нагрузке на м2, [2]:  , , , ,где  при использовании светильников серии УСС-70М (рисунок 2).Светильник УСС-70М является прямой заменой светильников с лампами ДРЛ. Источник света - Led (Nichia) - белое свечение или OSRAM (Германия) - теплое желтое свечение. Предназначен для освещения улиц, дорог, площадей, дворов, складов, производств, освещения железнодорожных платформ и.т.д. Незаменим в местах, где требуется экономия электроэнергии и очень высокая надежность (IK 08), а также там, где есть ограничения по доступу к светильнику. Время выхода на рабочий режим 1 секунда. Срок службы более 20 лет.  Рисунок 2 – Светильник УСС-70М Расчетная нагрузка механического цеха в сети 0,4 кВ, с учетом осветительной нагрузки, равна: Рр = 56,4+10,4=66,8 кВт, Qр =42,3+13,8=56,1 квар,  , .Расчет характерных групп ЭП производится в программе Excel-2010, приложение А, таблица 1. Для второго этапа расчёта внутризаводских сетей 0,4 кВ и определения нагрузки шинопроводов также используется метод коэффициента расчётной нагрузки. Расчёт проводится в программе Excel-2010, результаты расчёта показаны в таблице 2 приложения А. 2.3 Расчет токов короткого замыкания При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ (IП0) в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей следует определять по формуле, [3]:  . (14)Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1кВ осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы, кА, следует рассчитывать по формуле, [3]:  . (15)Значение периодической составляющей тока однофазного КЗ через сопротивление петли «фаза - ноль», кА, следует рассчитывать по формуле, [3]:  . (16)Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках с одним источником энергии рассчитывается по формуле, [3]:  . (17)Приведем пример расчета для одной точки короткого замыкания. Составим схему замещения:  Рисунок 3 – Схема замещения Сопротивление системы определяется по следующей формуле, мОм, [3]:  , (18) где  - среднее напряжение низкой стороны трансформатора, в данном случае равно 380 В, [5]; - трехфазный ток короткого замыкания системы, равный 20 кА, [5]. Для трансформатора ТМ-160/10  ,  , [5].Сопротивления линий определяются по формуле:  (19) где  и  - удельные сопротивления линий, мОм/м; - длина линии, м.Сопротивление автоматических выключателей, [5]:  ,  ,  ,  ,  ,  мОм.Активные и индуктивные сопротивления участков шинопроводов, [5]:  ,  , ,  .Необходимо учитывать переходное сопротивление 5 мОм на каждой ступени по мере удаления от шин КТП. В таблице 3 указаны данные по сопротивлениям до расчётной точки КЗ. Таблица 3 – Суммарные сопротивления элементов
Ток трехфазного короткого замыкания в точке К-1:  .Постоянная затухания апериодической составляющей, [3]:  . Ударный коэффициент, [3]:   .Ударный ток трехфазного КЗ, [3]:  . .Ток однофазного короткого замыкания, [3]:   Для остальных точек расчёт ведётся аналогично, результат показан в таблице 4. Таблица 4 – Токи КЗ
2.4 Выбор и проверка проводников сети 2.4.1 Выбор шинопроводов Выбор осуществляется по нагреву длительно допустимым током по условию, [4]:  , (20)Выбираются шинопроводы марки ШРА-100 с алюминиевыми жилами и осветительные шинопроводы марки ШОС-40, [4], выбор шинопроводов показан в таблице 5. Таблица 5 – Выбор шинопроводов
2.4.2 Выбор кабелей и проводов Выбор кабелей и проводов проводится так же, как и шинопроводов по допустимому току. Для примера определяем номинальный ток поперечно строгальных станков, А, [4]:  (21) По полученным данным выбираем - кабель марки АВВГ с алюминиевыми жилами, ПВХ изоляцией и оболочкой, четырёхжильный; - провод марки АПРТО с аллюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией, в оплётке для прокладки в трубах, четырёхжильный. Расчёт для остальных ЭП проводится аналогично и сводится в таблицу 6. Таблица 6 – Выбор марки и сечения кабелей и проводов питающих ЭП
2.4.3 Проверка проводников Для оценки правильности выбора сечений проводников необходимо провести проверку. Выбранные по длительному току и согласованные с током защиты аппаратов сечения внутрицеховых электрических сетей должны быть проверены на потерю напряжения. Нормированных значений для потери напряжения не установлено. Однако, зная напряжение на шинах источника питания и подсчитав потери напряжения в сети, определяют напряжение у потребителя. Условие проверки на потерю напряжения: ΔU < ΔUдоп. , (22) Для примера рассчитаем потерю напряжения в ШРА-1, %, [4]:  (23) .Результаты расчета потери напряжения и сведем в таблицу 7 и 8. Таблица 7 – Данные для расчета потерь напряжения в КЛ питающих ЭП
Таблица 8 – Потери напряжения в элементах распределительной сети
Проверяется соблюдение условия (30) на основании данных таблиц 6-7:  5,9≤10% Условие выполняется. Шинопроводы проверяются на электродинамическую стойкость по условию, [4]: iуд< iуд.доп, (24) где iуд.доп – допустимая электродинамическая стойкость, кА. Таблица 9 – Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость
2.5 Выбор автоматических выключателей, предохранителей Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений в том числе и силовые сети, когда по условиям технологического процесса или режима их работы могут возникнуть длительные перегрузки. Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители и автоматические выключатели. В курсовом проекте защита шинопроводов выполняется автоматическими выключателями, защита электроприемников осуществляется плавкими вставками предохранителей. 2.5.1 Выбор плавких предохранителей Плавкие предохранители выбирают по условиям, [4]:  ; (25) ; (26)где Iном.вст – номинальный ток плавкой вставки, А ; Iном.эп – номинальный ток отдельного ЭП, А; Iпуск – пусковой ток ЭП, который находится по формуле (27), [4]:  , (27) где Кп – кратность пуска, равная 3, [4]. Выберем плавкие вставки предохранителей на примере для круглошлифовальных станков с Iном = 15 А. Пусковые токи двигателей станков определяются как: Iпуск =3·Iном = 3·15 = 45 А; Iном.вст> Iном; 20 > 15; ; 20 >  , 20>18.Выбираем номинальный ток плавкой вставки – Iном.вст = 20 А, а предохранитель типа НПН-60/20, [6]. Таблица 10 – Выбор плавких вставок и типа предохранителей
Проводится проверка предохранителей. 1. Проверка по согласованию выбранной вставки с сечением выбранного кабеля осуществляется по условию, [4]: Iв < 3 · Iдл.доп, (28) где Iв – номинальный ток плавкой вставки, А; Iдл.доп – длительно допустимый ток, А. Результаты проверки по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети для вариантов представлены в таблице 11. Таблица 11 – Проверка плавких вставок предохранителей
2. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию, [4]: I(1)кзmin> 3 ·IНОМ.ВСТ . (29) Таблица 12 – Проверка предохранителей по чувствительности к токам КЗ
Выбранные предохранители удовлетворяют требованиям чувствительности. 2.5.2 Выбор и проверка автоматических выключателей Автоматические выключатели выбирают по условиям, [4]: Iном. расц > Iр.max ; (30) Iср.эл. > (1.25-1.35) Iп ; (31) где Iном.расц – номинальный ток расцепителя, А; Iр.max – наибольший расчетный ток нагрузки, А; Iп – пиковый ток, А; Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, [4]: Iср.эл = (7-14) · Iном.расц ; (32) Iп = Iр + (kп -1)·Iном.max ; (33) где Iном.max – наибольший из токов группы ЭП, А; Iр – расчетный ток группы ЭП, А. Результат расчёта сведём в таблицу 12. Таблица 13 – Выбор автоматических выключателей, [6].
Выбранные аппараты защиты необходимо проверить по чувствительности к токам короткого замыкания. Автоматические выключатели необходимо проверять, во-первых по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети, во-вторых, по чувствительности к токам КЗ, [4]. 1. Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети осуществляется по условию: Iном.расц< 1,5 ·Iдл.доп, (34) где Iном.расц – номинальный ток расцепителя, А; Iдл.доп – длительно допустимый ток элемента сети, А. Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением представлена в таблице 14. Таблица 14 – Проверка автоматических выключателей
2. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию, [4]: I(1)кзmin> 1,25 ·Iср.эл, (35) гдеI(1)кзmin – минимальный ток однофазного КЗ, А; Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А. Выполним проверку по чувствительности в характерных местах схемы электроснабжения цеха. Таблица 15 – Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ
2.6 Выбор и проверка распределительных шкафов Для сети 0,4 кВ цеха применяются распределительные силовые ящики ШРС номинальным током 100А. Выбор распределительных шкафов проводится ориентировочно по количеству 5-6 станков на каждый ШРС, итого 10 шкафов. Выбор щитов показан в таблице 16. Таблица 16 – Выбор распределительных шкафов
Распределительные шкафы проверяются на электродинамическую стойкость по условию, [3]: iуд< iуд.доп, (36) где iуд.доп – допустимая электродинамическая стойкость, кА. Таблица 17 – Проверка силовых распределительных шкафов на электродинамическую стойкость
2.7 Прокладка проводников и конструктивное исполнение сети КТП устанавливается снаружи здания цеха, выполняется закрытой отдельностоящей блочной конструкции. Осветительный шинопровод марки ШОС-100 прокладывается вдоль стен на высоте 3,5 м при использовании светильников серии УСС-70М. ЭП подключаются через кабельные спуски, прокладываются в траншеях на глубине – 0,2 м. и защищаются стальными листами. ЭП станков и прочего оборудования защищаются предохранителями в ответвительных коробках шинопроводов, предохранители насыпные кварцевые ПН2, неразборные марки НПН. Автоматические выключатели серии А-37 и ЭО-25 устанавливаются в РУНН КТП на отходящих присоединениях. 2.8 Построение карты селективности Карта селективности строится в логарифмическом масштабе: по оси абсцисс откладываются токи – расчетные, пиковые и КЗ; по оси ординат – времена продолжительности пиковых токов и времена срабатывания защит по защитным характеристикам. Карта селективности для точек К1 – К2 – К3 представлена на рисунке 4. Проверим выбранную коммутационную аппаратуру по условию селективности. На рисунке 4 характеристика плавкой вставки на 40 А предохранителя НПН-60 для защиты станка 1 обозначена цифрой 1, [6]. При однофазном замыкании в точке К3 вставка перегорит за 0,03 с, как видно из рисунка 4. Характеристика автоматического выключателя А3740/100 с параметрами Iном. расц/ Iср.эл = 400/2000 А, защищающего магистраль 1-2-3 обозначена цифрой 2, [6]. При коротком замыкании в точке К2 защита сработает через 0,1 с. При замыкании в точке К3 защита сработает через 2,5 с. Характеристика автоматического выключателя А3740/250 с параметрами Iном. расц/ Iср.эл = 250/400 А, защищающего шины КТП обозначена цифрой 3, [6]. При однофазном замыкании в точке К1 защита сработает через 0,2 с по условию селективности. При однофазном замыкании в точке К2 защита сработает через 0,2 с. Т. к. время срабатывания защит увеличивается по мере удаления от ЭП, то уставки выбраны правильно.  Рисунок 4 – Карта селективности для точек К1 – К2 – К3 3 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ КТП С УЧЕТОМ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Выбираем мощность трансформатора КТП для механического цеха, кВА, [4]:  , (37)  где N – количество трансформаторов цеховой ТП, устанавливается 1 трансформатор так как категория потребителей 2, [4], Кз – коэффициент загрузки трансформатора, принимается 0,9, [4]. Мощность трансформатора принимается 100 кВА. Батареи конденсаторов предназначены для повышения коэффициента мощности cos(φ) электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей, а также автоматического поддержания его на заданном уровне (cos(φ) не ниже 0,9). Такое автоматическое регулирование осуществляется специальным электронным регулятором реактивной мощности, отличающимся высокой чувствительностью и точностью. Аппаратура состоит из модульных конденсаторных батарей, которые включаются и выключаются автоматически посредством контакторов, оснащенных устройством, способным ограничивать пик тока включения на основе требуемой для установки емкостной реактивной мощности. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кВА
, А
, А