Расчет электрических параметров цеха

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. Технический раздел

1. 1 Краткая характеристика цеха

эл. пр.

Наименование электроприёмника

количество

Номинальная мощность Pn, кВт

Мощность эл. пр. преобразованая в активную и приведенная ПВ=100%

Ки

cos

Uн, кВ

Примеча-ние

ШУ-3 — Шлифовальный участок

1

Заточный станок

1

1,8

0,12 -0,14

0, 5

0,38

2

Шлифовальный станок

2

10

0,12 -0,14

0, 5

0,38

3

Расточный станок

4

2,4

0,12 -0,14

0, 5

0,38

4

Расточный станок

1

1

0,12 -0,14

0, 5

0,38

5

Шлифовальный станок

1

4,5

0,12 -0,14

0,5

0,38

6

Шлифовальный станок

1

7,5

0,12 -0,14

0, 5

0,38

7

Шлифовальный станок

1

12,8

0,12 -0,14

0, 5

0,38

8

Шлифовальный станок

2

18,8

0,12 -0,14

0, 5

0,38

9

Шлифовальный станок

1

13,6

0,12 -0,14

0,5

0,38

10

Вентилятор

2

5,9

0,6 — 0,8

0,8 -0,85

0,38

11

Шлифовальный станок

1

14,4

0,12 -0,14

0,5

0,38

ТУ-3 — Участок термической обработки

1

Муфельная печь однофазная

1

13,5

0,7

1

0,22

2

Соляная печь

1

25

0,7

0,8

0,38

3

Соляная печь

1

40

0,7

0,8

0,38

4

Электрическая печь

2

40

0,7

0,8

0,38

5

Вентилятор

1

3,6

0,6

0,8

0,38

6

Ванна

1

4

0,5

0,6

0,38

7

Электрическая печь

2

55

0,7

0,8

0,38

8

Термобарокамера

1

8

0,53

0,6

0,38

9

Компрессор

1

9

0,7

0,8

0,38

10

Насос

1

40

0,7

0,8

0,38

УП-2 — Участок пластмасс

1

Вентилятор

5

13

0,6

0,8

0,38

2

Установки ВЧ нагрева

6

10

0,2

0,65

0,38

3

Пресс с электрообогревом

6

38

0,17

0,65

0,38

4

Пресс с электрообогревом

4

19

0,17

0,65

0,38

5

Станки для обработки пластмасс

6

7,5

0,12

0,5

0,38

6

Термопластавтомат

6

5

0,12

0, 5

0,38

МДУ-3 — Модельный участок

1

Вертикально — сверлильный станок

2

5,5

0,12 — 0,14

0,5

0,38

2

Точильный станок

3

4

0,12 — 0,14

0,5

0,38

3

Фуговальный станок

2

2,2

0,12 — 0,14

0,5

0,38

4

Ленточнопильный станок

3

7,5

0,12 — 0,14

0,5

0,38

5

Строгальный станок

1

30

0,12 — 0,14

0,5

0,38

6

Вентиляционная установка

1

22

0,75

0,85

0,38

7

Модельный фрезерный станок

1

4

0,12 — 0,14

0,5

0,38

8

Отрезной станок

2

10

0,12 — 0,14

0,5

0,38

9

Одностоечный карусельный станок

2

27,5

0,17 — 0,25

0,65

0,38

10

Консольно — фрезерный станок

2

10

0,12 — 0,14

0,5

0,38

11

Рейсмусовый станок

1

3

0,17 — 0,25

0,65

0,38

12

Вентилятор

2

13

0,6 — 0,8

0,8 — 0,85

0,38

14

Продольно — строгальный станок

2

40

0,12 — 0,14

0,5

0,38

15

Кран балка 2 т,

3 двигателя

1

3; 1,5; 0,8

2,65

0,6 -0,8

0,5

0,38

ПВ — 25%

· Среда цеха нормальная; = 4250; работа двухсменная; категория электроснабжения: 2 категория — 35% и 3 категория — 65%;

· Установленная мощность освещения 52 кВт;

· Питание цеховой подстанции принять с РП-10кВ кабелем; расстояние 0,7 км;

· Напряжение сети цеха 380/220В; =0,39; стоимость электроэнергии равна 1,5 руб. /кВт*ч;

· Для расчета токов короткого замыкания мощность системы принять неограниченно большой;

· Высота цеха до нижнего пояса ферм 8 м; полы бетонные.

2. Расчетный раздел

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Электрические нагрузки определяют для выбора токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов, а также для расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

Определим суммарную мощность за наиболее загруженные смены:

Рсм = Ки * Рном; (2. 2)

где Ки — коэффициент использования активной мощности;

Рном — активная суммарная номинальная мощность, кВт.

Определим суммарную реактивную мощность за наиболее загруженные смены:

Qсм =tgц*Pсм; (2. 3)

Эффективное число электроприемников определяем из условия:

n?5; Ки?0,2; m?3; Pном = const; следовательно nэ = n; (2. 4)

Средневзвешенное значение коэффициента использования распределительного шинопровода:

Ки =; (2. 5)

где ?Рсм — сумма всех активных среднесменных мощностей электроприёмников ШРА;

ном — сумма всех активных номинальных мощностей электроприёмников ШРА.

Исходя из средневзвешенного значения коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников распределительного пункта, определяем значение коэффициента максимума для каждого распределительного пункта.

Активная расчетная мощность:

Рр = Км ·?Рсм; (2. 6)

где Км — коэффициент максимума;

Рсм — мощность за наиболее загруженную смену.

Реактивная расчётная мощность:

Qр = ?Qсм *1,1 (если n< 10) или Qр = Qсм (если n> 10); (2. 7)

где Qсм — реактивная мощность за наиболее загруженную смену;

n — эффективное число электроприемников.

Полная расчётная мощность:

Sр =; (2. 8)

где Рр — активная расчётная мощность, Вт;

Qр — реактивная расчётная мощность, кВАр.

Расчётный ток одного распределительного пункта:

Iр =; (2. 9)

где Sр — полная расчётная мощность, кВА;

Uном — номинальное напряжение, В.

Произведем расчеты для ШРА-1:

Определяем эффективное число электроприемников (по условию 2. 4):

n?5; Ки?0,2; m?3; Pном = const; следовательно nэ = n

Определим мощность за наиболее загруженную смену на примере привода компрессора (по формуле 2. 2):

Рсм = 0,7*9 = 6,3 кВт;

Определим реактивную мощность за наиболее загруженную смену на примере привода компрессора (по формуле 2. 3):

Qсм = 0,75*6,3 = 4,7 кВАр;

Определяем коэффициент использования для ШРА-1:

КиШРА-1 =;

Коэффициент максимума для ШРА-1 равен Км = 1,5 (по таблице 2. 3)

С учетом коэффициента максимума определяем расчетные максимальные активные нагрузки (по формуле 2. 6):

Рр = 1,5 * 63,9 = 95,8 кВт;

Определяем расчетные максимальные реактивные нагрузки (по формуле 2. 7):

Qр = 1* 67,9 = 67,9 кВАр;

Определяем полную расчетную мощность электрической нагрузки (по формуле 2. 8):

Sр = = 117 кВА;

Определяем расчетный ток (по формуле 2. 9):

Iр =117 /* 0,38 = 177,9 А.

Рассчитаем потери в трансформаторе мощностью 693кВА:

Активные потери:

ДРт = 0,02Sр (2. 10)

ДРт = 0,02 * 693= 13,9 кВт;

Реактивные потери:

ДQт = 0,1Sр (2. 11)

ДQт = 0,1 * 693= 69,1 кВт;

2.2 Компенсация реактивной мощности

Расчет и выбор КУ производится на основания задания энергосистемы и в соответствии с «Руководящими указаниями по компенсации». Задачи по расчету и выбору КУ решаются совместно с вопросами с вопросами проектирования всех элементов СЭС промышленного предприятия.

Расчет тангенс угла для н/н нагрузки для механического цеха:

tgцм. ==0,92

Потребная мощность КУ выбирается с учетом той мощности, которую необходимо компенсировать Qк, кВАр.

Рассчитаем Qк по формуле:

Qк = Рр(tgцм — tgцэ); (2. 13)

Qк =580 (0,92 — 0,39) = 307,4 кВАр;

где Рр — активная расчётная мощность, Вт;

tgцэ = 0,39 — эффективный тангенс угла;

tgцм — расчетный тангенс угла;

Выбираем компенсирующее устройство типа:

УКБТ — 0,38 — 150УЗ в количестве 2 штук.

Количество ступеней — 1;

Удельные потери (кВт/кВАр) — 0,0045;

Номинальная мощность установки, кВАр — 150

Удельная стоимость (руб. /кВАр) — 8;

Определим полную мощность с учетом компенсации реактивной мощности:

Sр =; (2. 14)

Sр = кВАр.

Определим cosц с учетом компенсации по формуле:

Cosц =; (2. 15)

Из полученного Cosц = 0,9 получаем tgц = 0,4;

Определим расчетный ток с учетом компенсации реактивной мощности (по формуле 2. 9):

Iр = 625 /* 0,38 = 950 А;

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

Трансформаторы масляные серий ТМ — 1000 а также трансформаторы предназначены для работы в электросетях напряжением 6 или 10кВ в открытых электроустановках в условиях умеренного климата и служат для понижения высокого напряжения питающей электросети до установленного уровня потребления. Трансформатор помещен в бак с маслом для охлаждения и предотвращения разрушение обмоток трансформатора от внешней среды.

В цеху присутствуют потребители III категорий, исходя, из этого выбираем Кз. г = 0,9, где Кз. г — коэффициент загрузки.

Определим номинальную мощность трансформатора:

Sном = Sр / Кз. г; (2. 16)

где Sр — полная расчётная мощность цеха, кВА;

Sном = 625 / 0,9 = 694 кВА;

Выбираем трансформатор ТМ-1000/10 кВА, номинальное напряжение ВН-10 кВ, НН — 0,4 кВ. Так как был выбран один трансформатор, следовательно, Кз. г в аварийном режиме будет равен Кз. г в нормальном режиме.

Тип

Верхний предел номинального напряжения обмоток, кВ

Потери, кВт

Напряжение КЗ uk, % номанального

Ток холостого хода Io, %

ВН

НН

Холостого хода? РО

Короткого замыкания? Рк, ном

ТМ — 1000/10

10

0,69

2,45

12,2

5,5

1,4

2.4 Расчет и выбор питающего кабеля

Произведем выбор питающего кабеля подводящего напряжение к трансформатору со стороны высокого напряжения по формулам.

Найдем расчетный ток для того чтобы рассчитать экономическое сечение кабеля по формуле:

Iр = Sр/Uном; (2. 17)

Iр = 1000/1,73*10 = 58 А;

где Sр — полная расчётная мощность цеха с учетом компенсации, кВА;

Uном — номинальное напряжение на высокой стороне трансформатора, В.

Определим максимальную плотность тока jэк = 1,7 исходя из использования максимума нагрузки за год равной 4250 часов.

Используя максимальную плотность тока jэк = 1,7 и расчетный ток Iр = 58 А вычислим экономическое сечение кабеля по формуле:

Sэк = Iр/jэк; (2. 18)

Sэк = 58/1,7 = 34 мм2;

Принимаем к установке провод АБ 2×50 (сечение равно 50 мм, количество жил равно 2, длительно допустимый ток Iдоп = 210 А).

2. 5 Конструктивное выполнение цеховой сети и трансформаторной подстанции

Применение комплектной трансформаторной подстанция позволяет расположить ее внутри цеха на свободной территории с максимальным приближением к потребителям. Комплектная внутрицеховая подстанция ограждается металлической сеткой, и не требует специального помещения. Это позволяет снизить затраты на ее монтаж.

Выбор магистральной и распределительной сети зависит от среды помещения, расположения и мощности потребителей, категории электроснабжения и др.

Для цехов механического профиля с расположением оборудования рядами в настоящее время применяются магистральные схема с использованием комплектных шинопроводов ШМА — магистральных и ШРА — распределительных. В таком случае наиболее распространенной схемой является «блок-трансформатор-магистраль».

Радиальные схемы выполняются в цехах, а на участках, где необходима высокая надежность питания, где электрооборудование большой мощности устанавливается стационарно (например, термические отделения, компрессорные и насосные и т. п.).

Конфигурация сети выбрана из удобства в эксплуатации, наименьших потерь электроэнергии.

Крепление магистрального шинопровода осуществляется на подвесах. Ответвления к токоприемникам выполнено трехжильным проводом с алюминиевыми жилами или кабелем АПВ.

В помещениях с радиальной сетью для питания используются силовые шкафы серии ШРС-1−50УЗ (8×60) с предохранителями. Количество шкафов и тип определяется мощностью потребителей и принятой схемой.

План цеха с магистральными и распределительными сетями, подстанцией, комплектными конденсаторными установками и силовыми шкафами показан на листе I графической части.

2. 6 Расчет магистральной и распределительной сети цеха

а) Расчет и выбор магистральных сетей произведем по полной нагрузке цеха.

Согласно Ip выбираем ШМА (Iн ?Ip) и данные заносим в таблицу.

б) Распределительные Ш/П выбираем по расчетным нагрузкам на каждый Ш/П.

Произведем расчет потерь напряжения ДU на магистральном шинопроводе (ШМА) по формуле:

ДU% =Iр*L*(R0*cosц+X0*tgц) 100/Uном; (2. 19)

ДU% = 950*0,027*1,73 (0,27*0,9+0,08*0,39) 100/380 = 3,2;

Расчет остальных потерь напряжения на ШРА и РШ был произведен аналогично расчету ШМА.

Необходимо рассчитать расчетный ток токоприемника, чтобы определить марку провода и его сечение по таблице

Произведем расчеты на примере заточного станка, которая на плане обозначена под номером 1. Остальные расчеты токоприемников ШРА, РШ производятся аналогично.

Расчетный ток токоприемника:

Iр = Iн = Рн/Uном*cosц*з* А; (2. 16)

Iр = Iном = 1,8/0,38*0,5*0,85*1,73 = 6,4 А;

где з — коэффициент полезного действия равный 0,85.

Выбор провода производится исходя из условия:

Iр? Iдоп;

Принимаем к установке провод марки АПВ 4 (1×2,5) мм2, с длительно допустимым током в 19 А.

Потери напряжения получаем из формулы (2. 17):

ДU = УМ/С*F = 0,1 008/46*4 = 0,05%; (2. 17)

где УМ — суммарный момент;

С — коэффициент равный 46 для алюминиевых проводов;

F — сечение провода.

Цеховые проводки ДUдоп? ДU

ДUдоп = 5% > ДU = 0,05%

Суммарный момент УМ рассчитывается по формуле:

УМ = P*L = 1,8*0,0056= 0,1 008; (2. 18)

где L — длина провода от ШРА (РШ) до токоприемника;

Выбор типа защитного аппарата не должен нарушать условия:

Iвст? Iр;

Iвст? Iпуск / б;

где б = 2,5 — коэффициент снижения пускового тока;

Iпуск — пиковый ток вставки;

Пиковый ток вставки вычисляем по формуле (2. 19):

Iпуск = Kпуск*Iр = 6*6 = 36 А; (2. 19)

где Kпуск — коэффициент пуска;

Произведем выбор защитного аппарата в рамках условия:

Iвст? 36/2,5 = 14,4 А;

Исходя, из этого условия номинальный ток вставки защитного аппарата не должен быть меньше 14,4 А. Принимаем к установке предохранитель типа ПН2 с номинальным током плавкой вставки равным 20, А.

Выбор автоматических выключателей для ШРА и РШ осуществляется следующим образом.

Условие выбора автоматического выключателя:

U ном. авт. ? Uсети;

где U ном. авт -номинальное напряжение автомата;

Uсети — напряжение сети;

Iном. авт. ? Iр;

где Iном. авт — номинальный ток автомата;

Iтепл? 1,1*Iр;

где Iтепл. расцепит.  — ток теплового расцепителя;

Iэл. магн. расцепителя ?12 Iпик;

Произведем расчет для ШМА, остальные делаем аналогично.

Iпик = Iпуск + (Iр — Ки*Iном. макс. )

Iпик = 6*950+ (950 — 0,93*950) = 5766,5 А

Таблица 2. 7

Наименование

Uном. сети, В

Iпик, А

Iном. авт., А

Iтепл. расцепит., А

Iэл. магнитн., А

Тип автомата

ШМА

380

950

900

1,1*Iр

12*1531

ВА 55−40

ШРА-1

380

1130

125

1,1*Iр

12*269

ВА 88

ШРА-2

380

959

125

1,25*Iр

12*176

ВА 88

ШРА-3

380

883

125

1,3*Iр

12*398

ВА 88

ШРА-4

380

996

160

1,1*Iр

12*643

ВА 21−29

РШ-1

380

267

63

1,3*Iр

12*82

ВА 21−29

РШ-2

380

400

63

1,4*Iр

12*164

ВА 21−29

РШ-3

380

1383

200

1,25*Iр

12*41

ВА57-39

РШ-4

380

1903

250

1,25*Iр

12*56

ВА 55−43

Выбираем автомат типа ВА 55−40, Iном. авт = 900 А, U = 380/660 В, Iэл. магн.  — допускает 7 кратное превышение Iр, следовательно Iэл. магн. = 1,25*Iпик.

2.7 Расчёт токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки, при которых токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами, между двумя фазами и однофазные КЗ.

Последствия коротких замыканий является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающего к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы.

Для уменьшения последствия тока КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Все электрические аппараты и токоведущие части должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении токов КЗ.

Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема — упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все источники питания, трансформаторы, воздушные и кабельные линии, реактор.

Определим сопротивления кабельной линии на стороне 10кВ по формуле:

Х1 = (XoL Sб / Uном 2); (2. 34)

R1 = (RoL Sб / Uном 2); (2. 35)

где Хо, Rо — сопротивление кабеля, Ом; L — длина, км.

U2ном — номинальное напряжение системы, кВ;

Sб — базовая мощность, мВА;

Х1 = (0,090,6 100 / 102) = 0,063;

R1 = (0,720,6100 / 102) = 0,5;

Z?==0,5

Определим сопротивления трансформатора по формуле:

Хт = Uк% Sб / Sт100; (2. 36)

где Uк% - напряжение короткого напряжения;

Хт = (5,5 100 / 1100) = 5,5

Расчет базисного тока по формуле:

Iб = Sб / (v3 Uном); (2. 37)

Iб = 100 / (v3 10,6) = 5,4 кА;

Расчет тока КЗ в точке К1 по формуле:

IК1 = Iб / Хл (2. 38)

Расчет мощности КЗ в точке К1 по формуле:

SК1 = Sб / Xл (2. 39)

SК1 = 100 / 0,5 = 200 мВА;

Расчет базисного тока в точке К2.

Iб = 100 / (v3 0,4) = 144 кА;

Расчет тока КЗ в точке К2 по формуле:

IК2 = 144 / (5,5 + 0,5) = 24 кА;

Расчет ударного тока КЗ в точке К2 по формуле

iу К2 = 1. 41,824 = 60 кА;

Расчет мощности КЗ в точке К2 по формуле:

SК2 = 100 / 6 = 16 мВА;

Произведем проверку кабеля на термическую целостность:

Smin = = = 29 мм2

2.8 Выбор электрооборудования цеховой подстанции.

Оборудование КТП поставляется комплектно. По справочникам необходимо выбрать не только тип КТП, но и по токам короткого замыкания проверить:

· выключатель масляный;

· разъединитель;

· трансформатор тока.

2. 9 Расчет заземляющего устройства цеховой подстанции

Рассчитаем заземляющее устройство цеховой подстанции 10/0,4 кВ, находящейся в нормальной климатической зоне, с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ. Естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности р = 80 Ом-м. Электрооборудование подстанции занимает площадь 18×8 м2.

Определяем ток замыкания на землю на стороне 10 кВ по формуле:

Iз =; (2. 40)

где lк — длина кабельной линии, км.

Iз = = 0,7 А:

Определим сопротивление заземляющего устройства по формуле:

Rз ?; (2. 41)

10? = 375 Ом

0,4? = 170 Ом

Заземляющее устройство выполняется общим, поэтому определяющим для расчета Rз? 4 Ом.

Заземляющее устройство выполняем в виде контура из полосы 40×4 мм, проложенной на глубине 0,7 м вокруг оборудования подстанции, и стержней длиной 5 м и диаметром 12 мм на расстоянии 5 м друг от друга.

Определим сопротивления одного стержня по формуле:

rв = 0,27срасч; (2. 42)

где срасч — расчетное удельное сопротивление грунта:

срасч = kсезс; (2. 43)

где kсез — коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта, для вертикальных электродов 3−5 метров kсез = 1,45 ч 1,3;

с — удельное сопротивление грунта;

rв = 0,271,380 = 28,8 Ом;

Расчет необходимого количества вертикальных заземлителей определяется по формуле:

nв = rв / Rззв; (2. 44)

цех электрический трансформатор сеть

где зв — коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от их длины и расстояния между ними:

nв = 28,8 / 40,52 = 14;

Расчет сопротивления заземляющей полосы по формуле:

rг = lg (2l2 / bt); (2. 45)

rг = lg (2602 / 4010-30,7) = 8,3 Ом;

Определим сопротивления полосы в контуре по формуле:

Rг =; (2. 46)

Rг ==24 Ом;

Определим необходимое сопротивление вертикальных заземлителей по формуле:

Rв =; (2. 47)

Rв = = 4,8 Ом;

Рассчитаем уточненное число вертикальных заземлителей по формуле:

з'в = rв / Rв зв; (2. 48)

з'в = 28,8/ 4,8 0,52 = 11,8;

Таким образом, окончательно принимаем n = 12 заземляющих стержней.

От цеховой подстанции до заземляющих стержней расстояние 1 м.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой