проектирование внутрицехового электроснабжения

В настоящем проекте была разработана система электроснабжения цеха.
Были рассчитаны нагрузки, токи короткого замыкания, разработана схема питания электрооборудования, выбраны питающие трансформаторы с учетом компенсирующих устройств, кабельные линии, шинопроводы и аппараты защиты.
Все технические решения по сооружениям, конструкциям, оборудованию и технологической части приняты и разработаны в полном соответствии с действующими на дату выпуска проекта нормами и правилами, включая правила взрывопожаробезопасности.

...

Введение 3
1. Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ 4
2. Расчет электрических нагрузок цеха 6
2.1 Расчет осветительной нагрузки цеха 6
2.2 Расчет силовой нагрузки цеха 7
3. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности 15
3.1 Расчет и выбор компенсирующих устройств 15
3.2 Выбор трансформаторов с учетом УКРМ 16
4. Выбор схемы распределения электроэнергии 18
4.1 Выбор сечений проводников 18
5. Расчет токов короткого замыкания 22
5.1 Расчет токов трехфазного и однофазного кз 22
6. Выбор и проверка коммутационно-защитной аппаратуры 30
7. Выбор двигателей 34
Заключение 37
Список используемых источников 38
Приложения 40
Приложение А. Однолинейная схема электроснабжения цеха 40
Приложение Б. План расположения оборудования 41

В данном курсовом проекте будет рассмотрено электроснабжение и электрооборудование ремонтно-механического цеха (РМЦ).
Проектирование систем электроснабжения требует комплексного подхода к выбору и оптимизации схем электрических сетей, технико-экономическому обоснованию решений, определяющих состав, структуру, внешние и внутренние связи, динамику развития, параметры и надежность работы системы в целом и ее отдельных элементов.
Основными вопросами электроснабжения являются:
- Рациональный выбор всех элементов системы электроснабжения (числа и мощности трансформаторов; сечений проводов, шин и кабелей; компенсирую¬щих устройств, электрической аппаратуры).
- Выбор рационального напряжения систем внешнего и внутреннего элек-троснабжения промышленных предприятий.
- Определение основных показателе й электрической нагрузки предприя-тия.
- Нахождение рационального места расположения главной понизительной или главной распределительной подстанции и компенсирующих устройств на тер¬ритории предприятия.
- Выбор схемы питания и аппаратуры с учетом надежности электроснаб-жения.
Все технические решения по сооружениям, конструкциям, оборудованию и технологической части приняты и разработаны в полном соответствии с действующими на дату выпуска проекта нормами и правилами, включая правила взрывопожаробезопасности.

(2.7)Расчетная реактивная мощность для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от nэ определяется по формулам:при , кВАр; (2.8)при , кВАр. (2.9)Расчетная реактивная мощность для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП) независимо от nэ определяется по формуле:, кВАр. (2.10)Полная расчетная мощность узла питания, кВА. (2.11)Расчетный ток узла питания:, А. (2.12)Произведем расчет нагрузки на шинах цеховой ТП.Групповой коэффициент использования по цеху:.Эффективное число электроприемников цеха:.Принимаю .Исходя из значений и , определяем коэффициент расчетной активной мощности:Расчетная активная мощность силовых электроприемников:.Расчетная реактивная мощность силовых электроприемников:.Расчетная полная мощность цеха:.Расчетный ток цеха:.Результаты расчета нагрузки на шинах ТП представлены в табл. 2.5.Нагрузку цеха распределяем через шинопроводы ШРА-1, ШРА-2, ШРА -3, которые в свою очередь запитаны с шин цеховой ТП.В табл. 2.6 представлен расчет расчетных нагрузок узлов цеха.Таблица 2.5 Расчет электрических нагрузок на шинах цеховой ТП№Наименование узлов питания и группы эл приемниковкол-во ЭП, nустановленная мощностьКиCosɸtgɸсредняя нагрузка за max смену n*рн2n эфKpРасчетные мощности Ip, A ∑Рн, кВтКи∑Рн,кВт Ки∑Рн tgφ,кВАрРp кВтQp кВарSp кВA123567789101112131415161Станки43204,40,200,651,1740,947,8971,1      2Прессы638,00,200,651,177,68,9240,7      3Тали, кран мостовой737,60,400,501,7315,026,1202,0      4Трансформаторы сварочные210,00,400,501,734,06,950,0      5Вентиляторы29,00,800,800,757,25,440,5      6Шкаф эл. Сушильный10,60,600,900,480,40,20,4      7Полуавтомат, вальцы, ножницы, ножовка и др.839,20,200,651,177,89,2192,1       Итого:69338,80,24  82,9104,41696,767,60,6553,967,986,6131,8Освещение:54,0623,2558,8585,04Всего на шинах ТП:107,9691,15145,45216,84Таблица 2.6 – Расчетные нагрузки распределительных узлов цеха№Наименование узлов питания и группы эл приемниковкол-во ЭП, nустановленная мощностьКиCosɸtgɸсредняя нагрузка за max сменуn*pн2n эфKpРасчетные мощности Ip, A ∑Рн, кВтКи∑Рн,кВт Ки∑Рн tgφ,кВАрРp кВтQp кВарSp кВA12356778910111213141516ШРА-1 (механическое отделение)1Станки29162,00,200,651,1732,437,9905,0      2Тали, кран мостовой426,80,400,501,7310,718,5178,9       Итого:33188,80,23  43,156,41083,932,91,2955,672,891,6139,3ШРА-2 (электроремонтное отделение)3Станки1132,50,200,651,176,57,696,0      4Трансформаторы сварочные210,00,400,501,734,06,950,0      5Таль эл.10,90,400,501,730,30,60,7      6Ванна для пайки, полуавтомат намотки23,80,200,651,170,80,97,2      7Шкаф эл. Сушильный10,60,600,900,480,40,20,4       Итого:1747,80,25  12,016,2154,314,81,0612,717,221,332,4ШРА-3 (Заготовительное отделение)8Станки, прессы, вальцы, ножовка и др.1793,40,200,651,1718,721,8513,4      9Вентиляторы29,00,800,800,757,25,440,5       Итого:19102,40,25  25,927,2553,918,91,2933,435,148,573,73. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности3.1 Расчет и выбор компенсирующих устройствКомпенсация реактивной мощности необходима в том случае, если cosф предприятия ниже заданного значения энергосистемы (cosфэн=0,95), а также с целью снижения потерь электроэнергии [10, 11, 14, 15].Мероприятия по компенсации реактивной мощности на предприятии позволяют уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличив срок их службы, снизить нагрузку на проводники, улучшить качество электроэнергии у электроприемников (за счёт уменьшения искажения формы напряжения), уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов короткого замыкания [10].Мощность компенсирующих устройств рассчитывается по формуле:, гдеα – расчетный коэффициент, учитывающий возможность повышения cosф естественным путем, α=0,9;Рр-расчетная активная мощность, кВт,-расчетный коэффициент мощности.Выбираем два КУ типа УК2-0,4-40-У3 и подключаем их к шинам 0,4 кВ цеховой ТП.Технические характеристики КУ представлены в табл. 3.1.Таблица 3.1 – Технические характеристики УК2-0,4-40-У3Номинальное напряжение, кВМощность, кВАрГабариты ДхШхВ, ммМасса, кг, не более0,440220х300х250223.2 Выбор трансформаторов с учетом УКРМЭлектроснабжение цеха осуществляем от трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ. Число трансформаторов, устанавливаемых на подстанциях всех категорий принимается, как правило, не более двух. При установке двух трансформаторов и отсутствия резервирования по сетям низшего напряжения мощность каждого из них выбирается с учетом загрузки трансформатора не более 70% от суммарной максимальной нагрузки подстанции в номинальном режиме [6].ПУЭ разрешают перегрузку трансформаторов сверх номинальной на 40% на время общей продолжительностью не более 6 часов в сутки в течение 5 суток подряд при коэффициенте заполнения графика нагрузки не выше 0,75 [6].По условию нормального режима работы мощность трансформаторов ТП должно быть не менее:, (3.1)где - расчетная нагрузка цеха, кВА; - номинальная мощность трансформатора, кВА; n – кол-во установленных трансформаторов; - коэффициент загрузки в нормальном режиме работы, принимаемый в зависимости от категории надежности потребителей электроэнергии, при преобладании потребителей II категории коэффициент нагрузки может быть принят kз = 0,7÷0,8 [6,10].Расчетная нагрузка цеха с учетом установленных КУ составит:Рр.ц.Qр.ц.Qку, кВАрQр.ц.-Qку, кВАрSр(ку), КВА10791,580,011,5107,61С учетом того, что от данной ТП возможно присоединение других цехов, а также увеличение нагрузок, вследствие расширения производства, к установке принимаем трансформаторы типа ТСЗ-100/10. Его паспортные данные приведены в табл. 3.1.Таблица 3.1 – Паспортные данные трансформатора ТСЗ-100/10 [12]ипSНТ,кВАНапряжение обмотки, кВПотери,кВтUК,%ВНННРХРКТСЗ-100/10630100.40,41,74,5Потери напряжения в трансформаторах:,где - активная составляющая напряжения КЗ, %, - реактивная составляющая напряжения КЗ, %,,.Потери напряжения в трансформаторе Т1:,,,,.Потери напряжения в трансформаторах удовлетворяют допустимым требованиям [6].4. Выбор схемы распределения электроэнергииНагрузку цеха распределяем через шинопроводы ШРА-1 – 3, которые в свою очередь запитаны с шин цеховой ТП.Групповые и распределительные осветительные линии производственных участков, с учетом пожароопасности цеха, выполняем кабелем марки ВВГнг с негорючей оболочкой и прокладываю их открыто по строительным конструкциям. Питающие линии осветительной нагрузки выполняю кабелем марки ВВГ и прокладываю в кабельных каналах совместно с силовыми линиями.Осветительные линии во вспомогательных помещениях выполняем кабелем марки ВВГ и прокладываю скрыто в миникабельных каналах – легранах.Распределительные линии силовой нагрузки выполняем кабелем марки ВВГнг и прокладываю их открыто по строительным конструкциям. Для питания кран-балки используем гибкий кабель марки КРПГ. Питающие силовые линии выполняем кабелем марки АВВГ и прокладываем в кабельных каналах.4.1 Выбор сечений проводниковСечения силовых линий и шинопроводов выбираются по допустимому нагреву длительно протекающим максимальным током нагрузки, по потере напряжения и по условию соответствия выбранному аппарату защиты [6, 10].Выбор сечений по допустимому нагревуСиловые линии разделяют на распределительные, непосредственно питающие один или несколько ЭП, и питающие, которые питают группу электроприемников, но непосредственно к ним не подключаются.Сечение по допустимому нагреву выбирают по условию:, (4.1)где – максимальный рабочий (расчетный) ток нагрузки, А; – длительно допустимый ток, А; – поправочный коэффициент, учитывающий реальные условия охлаждения проводника и зависящий от температуры окружающей среды и способа прокладки.За расчетный ток нагрузки линии, питающей одиночный электроприемник, принимается номинальный ток нагрузки этого ЭП:,(4.2)Для магистралей и питающих линий определяется расчетная нагрузка группы ЭП по методу коэффициента активной расчетной мощности, а затем рассчитывается ток нагрузки по формуле: (4.3)Поправочный коэффициент необходимо учитывать при прокладке линий в жарких помещениях, а также при прокладке кабелей в коробах. Значения поправочных коэффициентов в зависимости от температуры окружающей среды для разных видов изоляции жил и способа прокладки кабелей в коробах приведены в ПУЭ.Выбор сечений линий силовой сети покажем на примере шинопровода и одной питающей линии.Выбор сечений по допустимому нагреву:Условие выбора:,где – рабочий (расчетный) ток линии, А; Кп=1. – длительно допустимый ток для выбранной марки проводника, А.ШРА-1Расчетный:.Выбираем шинопровод типа ШРА 4-250 (Iдоп=250)КЛ-0,4 кВ ТП-ШРА-1Расчетный ток линии:.Выбираем кабель АВВГ(3х95+1х50) с . Проверка сечений на соответствие выбранному аппарату защитыТ. к. для защиты силовых линий используются АВ с комбинированными расцепителями, то проверка сечений производится по условию:, (4.4)где Iтр – ток срабатывания теплового расцепителя.Проверка производится после выбора аппаратов защиты и представлена в табл. 6.1.Расчет остальных линий аналогичен и представлен в табл. 4.1.Таблица 4.1 – Выбор сечений проводников ЛинияIр, АВыбранный проводникIдоп, АIдоп≥Iр ТП Вводной216,84    Секционный108,42    ТП-ШРА-1139,3АВВГ(3х95+1х50) 170+ ТП-ШРА-232,4АВВГ(3х35+1х25) 90+ ТП-ШРА-373,7АВВГ(3х35+1х25) 90+ШРА-1 (механическое отделение) ШРА 4-2501Токарно-винторезный станок62,25ВВГ(4х25) 85+2Токарно-винторезный станок10,23ВВГ(4х2,5) 21+3Токарно-винторезный станок6,5ВВГ(4х2,5) 21+4Токарно-винторезный станок24,73ВВГ(4х4) 27+5Настольно-сверлильный станок1,33ВВГ(4х2,5) 21+6Горизонтально-расточный станок42,13ВВГ(4х16) 70+7Поперечно-строгальный станок10ВВГ(4х2,5) 21+8Универсально-фрезерный7,56ВВГ(4х2,5) 21+9Координатно-Расточный станок5ВВГ(4х2,5) 21+10Копировально-фрезерный станок7,78ВВГ(4х2,5) 21+11Плоско шлифовальный станок6,22ВВГ(4х2,5) 21+12Внутри шлифовальный станок16,73ВВГ(4х2,5) 21+13Кругло шлифовальный станок21,31ВВГ(4х4) 27+14Зубофрезерный станок23,45ВВГ(4х4) 27+15Горизонтально-фрезерный станок19,34ВВГ(4х4) 27+16Настольно-резьбонарезной станок1,33ВВГ(4х2,5) 21+17Таль Электрическая2,46КРПГ (4х2,5) 21+18Кран мостовой электрический69,94КРПГ (4х25) 85+Продолжение табл. 4.1 ЛинияIр, АВыбранный проводникIдоп, АIдоп≥IрШРА-2 (электроремонтное отделение) ШРА 4-25019Шкаф электрический сушильный0,96ВВГ(4х2,5) 21+20Трансформатор сварочный для пайки медных проводов14,45ВВГ(4х2,5) 21 21Балансировочный станок3,78ВВГ(4х2,5) 21+22Полуавтомат для рядовой многослойной намотки катушек (0,25-3 мм)2,22ВВГ(4х2,5) 21+23Намоточный станок (0,5-6 мм)6,22ВВГ(4х2,5) 21+24Точильный станок двух строчный3,78ВВГ(4х2,5) 21+25Ванна для пайки6,22ВВГ(4х2,5) 21+26Обдирочно-шлифовальный станок6,22ВВГ(4х2,5) 21+27Токарно-винторезный станок24,73ВВГ(4х4) 27+28Вертикально-Сверлильный станок3,78ВВГ(4х2,5) 21+29Таль электрическая2,46КРПГ(4х2,5) 21+ШРА-3 (заготовительное отделение) ШРА 4-25030Станок отрезной с дисковой пилой19,62ВВГ(4х4) 27+31Ножницы гильотинные15,56ВВГ(4х2,5) 21 32Пресс гидравлический10ВВГ(4х2,5) 21 33Механическая ножовка3,78ВВГ(4х2,5) 21+34Вальцы чисто правильные20,01ВВГ(4х4) 27+35Пресс одно-кривошипный двойного действия22,23ВВГ(4х4) 27+36Пресс фрикционный10ВВГ(4х2,5) 21 37Вертикально-сверлильный станок6,22ВВГ(4х2,5) 21 38Обдирочно-точильный станок6,22ВВГ(4х2,5) 21 39Вентилятор8,13ВВГ(4х2,5) 21 5. Расчет токов короткого замыканияРасчеты токов короткого замыкания (К3) в сетях напряжением до 1 кВ выполняются для выбора коммутационной аппаратуры, шинопроводов, кабелей и другого электрооборудования с целью проверки их по условиям термической и динамической стойкости, а также для выбора уставок устройств релейной защиты и автоматики и проверки их чувствительности [1, 7].КЗ в электрических сетях напряжением до 1 кВ являются одними из наиболее опасных аварийных режимов, ибо, как правило, являются первопричиной пожаров в электроустановках и кабельном хозяйстве [1, 7]. Для проверки выбранных АВ на отключающую способность рассчитывают трехфазные токи КЗ непосредственно за выключателем, а для проверки правильности выбора АВ по чувствительности рассчитывают однофазные токи КЗ в конце защищаемого объекта.5.1 Расчет токов трехфазного и однофазного кзСоставим расчетную схему – рис.1.Рис. 1 Расчетная схемаПри расчетах токов КЗ в электроустановках до 1 кВ необходимо учитывать:-индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая силовые трансформаторы, проводники, трансформаторы тока, реакторы, токовые катушки автоматических выключателей;-активные сопротивления элементов короткозамкнутой цепи;-активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;-значения параметров синхронных и асинхронных электродвигателей.При расчетах токов КЗ рекомендуется учитывать:-сопротивление электрической дуги в месте КЗ;-изменение активного сопротивления проводников короткозамкнутой цепи вследствие их нагрева при КЗ;-влияние комплексной нагрузки (электродвигатели, преобразователи, термические установки, лампы накаливания) на ток КЗ, если номинальный ток электродвигателей нагрузки превышает 1,0 % начального значения периодической составляющей тока КЗ, рассчитанного без учета нагрузки .Схема замещения токов прямой последовательности представлена на рис. 2.-2794029718000Рис. 2. Схема замещения токов прямой последовательностиxс – эквивалентное сопротивление системы; Rт, xт – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цехового трансформатора; RTA, xTA – активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока; Rкв, xкв – активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей; Rш, xш – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности шинопроводов; Rл, xл – активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабельных линий; Rк – активное сопротивление различных контактов.Сопротивление системы:где - среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В; - среднее номинальное напряжение сети, к которой подключена обмотка высшего напряжения трансформатора, В; - номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора цепи, А.Активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности понижающих трансформаторов (RТ, XТ) в миллиомах, приведенные к ступени низшего напряжения сети, рассчитывают по формулам: где – номинальная мощность трансформатора, кВА; – потери КЗ в трансформаторе, кВт; – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ; Uк – напряжение КЗ трансформатора, %.Сопротивления трансформаторов тока:- для ТА1,;- для ТА2,.Активное сопротивление рубильника РП-100Rр=0,08 мОмСопротивления катушек автоматических выключателей и сопротивление контактов выключателей:- для ВА88-40,,;- для ВА88-32,,;- для ВА57-31,,.Сопротивления шинопроводов и их контактных соединений:- для ШМА4-400,, где -длина шинопровода.;- для ШРА73,.Сопротивления кабелей и их контактных соединений:- для кабеля ВВГ(3х35+1х25),, где - длина кабеля.- для кабеля ВВГнг3х16+1х16,,Схема замещения токов нулевой последовательности представлена на рис. 3.Рис.3. Схема замещения токов нулевой последовательностиR0т, x0т – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности цехового трансформатора; R0ш, x0ш – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности шинопроводов; R0л, x0л – активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабельных линий; Rд – сопротивление дуги в месте короткого замыкания.Сопротивления силового трансформатора:; .Сопротивления трансформаторов тока:- для ТА1,; - для ТА2,.