Проектирование внутрицехового электроснабжения

В данном курсовом проекте рассматривались вопросы электроснабжения ремонтно – механического цеха. При решении задач электроснабжения цеха была разработана внутрицеховая электрическая сеть напряжением до 1кВ. Расчет силовой нагрузки был произведен методом упорядоченных диаграмм для расчета ЭП с разными нагрузками (все электроприемники цеха разбиваются на группы приемников однотипного режима работы с выделением в каждой группе характерных подгрупп электроприемников с одинаковыми коэффициентами использования и мощности).
В расчете освещения цеха применили метод коэффициента использования светового потока осветительной установки. В результате расчета были выбраны для освещения основного помещения светильники РСП05-400 с лампами ДРЛ400, а для вспомогательного помещения светильники ЛСП14-2х40 с ...

Введение 3
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 4
2. ВЫБОР СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЦЕХА 7
3.1. Расчет силовой нагрузки цеха 9
3.2. Определение осветительной нагрузки цеха 16
3.2.1. Общие сведения о расчете осветительной нагрузки 16
3.2.2. Расчет освещения цеха 16
4. РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ. ВЫБОР КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ 23
5. ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ ПОНИЗИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 24
6. ВЫБОР МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ 26
7. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЦЕХА 29
7.1. Выбор типа и сечения проводников 29
8. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 33
8.1. Расчет тока трехфазного короткого замыкания 33
8.2. Расчет тока однофазного короткого замыкания 34
9. ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ ДО 1000 В 38
9.1. Согласование защитной аппаратуры с проводами и кабелями 49
Заключение 51
Список литературы 52

Целью курсового проекта является системати¬зация, расширение и закрепление теоретических знаний по электротехнике, электрическим машинам, электроприводу и электроснабжению промышленных предприятий, а также приобретение практических навыков по решению задач, необходимых будущему специалисту.
Система электроснабжения ремонтно-механического цеха должна обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией при удовле¬творении требований по экономичности, надежности, безопасности, качеству электроэнергии, наличию резерва и т. п.
Выбор современного электрооборудования, проработка схемы управле¬ния, защиты, разработка схе¬мы электроснабжения котельной с использованием про-грессивных технических решений являются задачами курсового проекта.
Содержание курсового проекта включает в себя р ассмот¬рение следующих вопросов:
- расчет электрических нагрузок потребителей;
- выбор и обоснование электрической схемы электроснабжения котельной с учетом категории потребителей;
- выбор числа и мощности трансформаторов подстанции;
-определение коэффициента мощности и при необходимости выбор комплектных конденсаторных установок на стороне низкого напряжения;
- выбор основного оборудования и кабелей сети электроснабжения;
- выбор схемы и аппаратуры управления и защиты электроустановок;

Однако люминесцентные лампы нуждаются в пусковой аппаратуре, они создают пульсацию светового потока, плохо зажигаются при низких температурах, имеют меньшую надежность.В расчете общего освещения помещений применяем метод коэффициента использования светового потока осветительной установки.Рабочее освещение является основным видом освещения. Оно предназначено для создания нормальных условий видения в данном помещении и выполняется, как правило, светильниками общего освещения.Аварийное освещение служит для продолжения работы или эвакуации людей при погашении рабочего освещения. Оно должно обеспечивать на рабочих местах освещенность не менее 5% установленной для нормальных условий.3.2.2. Расчет освещения цехаОсвещение ремонтно-механического цеха выполняем осветительными приборами РСП05-400 с газоразрядными лампами типа ДРЛ-400онтно-механического цеха0. Расчет производим по методу коэффициента использования светового потока.Размещение светильников определяется следующими размерами: - высота цеха Н0 принимаем 14 м;- высота свеса светильников hсв , принимаем равным 0,5 м;- высота рабочей поверхности над полом hр.п., принимаем равной 1м.Определяем расчетную высоту подвеса светильников по формуле: (3.17)где: Н0 – высота помещения, м; hсв – высота свеса светильника, м; hр.п. – высота рабочей поверхности, м; В результате вычислений получаем:Определяем общую площадь цеха без учета подсобных помещений, т.е. фактическую площадь основного помещения цеха, по формуле: (3.18)где: A – длина помещения цеха, равная 54 м; B – ширина помещения цеха, равная 40 м;Определяем относительное расстояние между светильниками. При равномерном освещении светильники располагают по сторонам квадрата или ромба.Расстояние между светильниками в ряду La и между рядами светильников Lb определяем по формуле: (3.19)где: Нр – расчетная высота подвеса светильников, м; Lопт – светотехнически наивыгоднейшее оптимальное относительное расстояние между светильниками; для светильников РСП05-400, дающими косинусную кривую светораспределения, принимаем Lопт=1.1.В результате вычислений получим:Определяем количество рядов светильников по формуле: (3.20)Определяем фактическое расстояние между рядами по формуле: (3.21)гдеLст.b – расстояние от крайнего ряда светильников до стены, м; Принимаем Lст.b=2 м.Выполняем проверочный расчет баланса расстояний по ширине помещения:Баланс расстояний соблюдается.Коэффициенты отражения поверхностей ρпотолка=30%, ρстен=10%, ρпола=10%.В соответствии с отраслевыми нормами освещенности и согласно ПУЭ, выбираем нормативную освещенность газоразрядных ламп принимаем Ен=300 лк [Л-5, Приложение 10].Определяем индекс помещения по формуле: (3.22)Находим коэффициент использования светового потока по коэффициентам отраженности поверхностей [Л-4, табл. 2.13] - ρпотолка=30%, ρстен=10%, ρпола=10%, - и по величине индекса помещения i=1,83. Пользуясь таблицей, в соответствии с рекомендациями [Л-4, табл.2.14] принимаем η=0.78. Определяем значение коэффициента запаса Кз, учитывающего тип ламп, степень их старения и загрязнения. По [Л-5, Приложение 16] принимаем Кз=1.8.Определяем значения коэффициента неравномерности освещения Z. Для осветительных установок с газоразрядными лампами Z=1.15. В соответствии с методом коэффициента использования светового потока определяем общее количество светильников Nсв по формуле: (3.23)где: Ен – нормированная освещенность, лк; Кз – коэффициент запаса; S – площадь помещения, ; Z – коэффициент неравномерности освещения; пс – число ламп в светильнике, для светильника РСП05-400 пс=1; Фл – световой поток одной лампы, лм. Для выбранной лампы ДРЛ-400 световой поток Фл=24000 лм; [Л-5, Приложение 24]. η – коэффициент использования светового потока.В результате вычислений получаем:светильникаЧисло светильников в одном ряду определяем по формуле: (3.24)светильникаРасстояние между светильниками в одном ряду определяем по формуле: (3.25)где: Lа.ст – расстояние от стены до первого светильника в ряду (Рис.3.2.), которое определяется по формуле: (3.26).1134110446405Схема размещения светильниковРис.3.2В результате вычислений получим:Проверяем схему размещения светильников по углам квадрата или ромба.В данном проекте светильники размещены по углам прямоугольника со сторонами Lв.ф. = 18 м и Lа.ф. = 2,25 м. Этот прямоугольник близок к квадрату, так как отклонение от квадрата не превышает 10-20%.Следовательно, равномерность освещения будет нормальной.Бытовое помещениеОпределяем площадь бытового помещения по формуле (3.18):Освещение бытового помещения выполняем осветительными приборами ЛСП-14-2х40 с люминесцентными лампами типа ЛБ-400онтно-механического цеха [Л-4, табл.2.11].Определяем количество рядов светильников по формуле (3.20):Определяем индекс помещения по формуле (3.22):Находим коэффициент использования светового потока по коэффициентам отраженности поверхностей и по величине индекса помещения i=1,5. Пользуясь таблицей, в соответствии с рекомендациями [Л-4, табл.2.14.] принимаем η=0,61. Определяем значение коэффициента запаса Кз, учитывающего тип ламп, степень их старения и загрязнения. По таблице [Л-5, Приложение 16] для вспомогательных помещений с нормальной воздушной средой принимаем Кз=1.5.Определяем значения коэффициента неравномерности освещения Z. Для осветительных установок с газоразрядными лампами Z=1.2. Для выбранной лампы ЛБ-40 световой поток Фл=3000 лм; [Л-5, Приложение 23].В соответствии с отраслевыми нормами освещенности и согласно ПУЭ, выбираем нормативную освещенность в участке для литья термопластов для разряда зрительных работ 3б, при применении газоразрядных ламп принимаем Ен=75 лк [Л-5, Приложение 10].В соответствии с методом коэффициента использования светового потока определяем общее количество светильников Nсв по формуле (3.23):светильникаУстановленную мощность с учетом потерь в пускорегулирующей аппаратуре находим по формуле: (3.27)где:Pл – мощность лампы ; KПРА – коэффициент, учитывающий потери в ПРА, принимаем их равными 20 %.Количество светильников дежурного освещения принимаем в размере 10% от общего числа светильников и находим по формуле: (3.28) Реактивную мощность светильников определяем по формуле: (3.29) Полную мощность освещения определяем по формуле: (3.30)Активную и реактивную расчетные мощности цеха с учетом освещения находим по формуле: (3.31) (3.32) Полная расчетная мощность цеха с учетом освещения: (3.33) Расчетный ток цеха с учетом освещения: (3.34) 4. РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ. ВЫБОР КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВМощность компенсирующих устройств определяется по формуле: (4.1)где: - коэффициент учитывающий компенсацию реактивной мощности от систем электроснабжения, определяется по [Л-2, табл. 13-2], = 0.85; tg1 – тангенс угла, соответствующий коэффициенту активной мощности нагрузки цеха, определяем по формуле (4.2):tgэ – тангенс угла, отвечающий установленному предприятию условиям получения электроэнергии, определяем по [Л-2, табл. 26-1], tgэ = 0,39. (4.2)По [Л-2, табл. 31] выбираем компенсирующее устройство типа УКЧ-0.38-250-У3. Мощность компенсирующего устройства QКУ = 250 кВАр.Полная расчетная мощность цеха с учетом компенсирующего устройства: (4.3)Расчетный ток цеха с учетом КУ: (4.4)5. ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ ПОНИЗИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Выбор трансформаторов производится с учетом условий их установки, системы охлаждения, температуры и состояния окружающей среды и т.п.Для цеховых подстанций с первичным напряжением 10 кВ могут применяться сухие трансформаторы, для встроенных и пристроенных подстанций - масляные при условии выкатки на улицу.Выбираем два трансформатора, так как в цехе преобладают ЭП I и II категории. Мощность трансформаторов выбираем по расчетной мощности цеха. Также при выборе мощности трансформатора учитываем возможное расширение производства и возможное увеличение потребляемой мощности.Тогда мощность трансформатора будет Sр.тр. = S.цеха = 493,05 кВА.По [Л-2, табл. 27.6] выбираем трансформатор масляный ТМ-630SYMBOL 47 \f "Symbol" \s 14/10.Технические данные трансформатора:-Номинальная мощность трансформатора - = 400 кВА; -Схема соединение - звезда - звезда ноль;-Потери мощности при коротком замыкании -Потери мощности при холостом ходу -Напряжение короткого замыкания = 4,5 %; - Ток холостого хода ;-Сопротивление трансформатора = 18 мОм;-Однофазное сопротивление трансформатора = 195 мОм;Определяем коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме по формуле: (5.1)Коэффициент загрузки лежит в пределах 0,6 < Kз < 0,9.Определяем коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме по формуле: (5.2)Коэффициент загрузки лежит в пределах Kза < 1,4.6. ВЫБОР МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИМестоположение трансформаторной подстанции определяем с помощью картограммы, на которую нанесены координаты каждого электроприемника (рис.6.1). С помощью картограммы мы условно находим центр нагрузок цеха как активных (Xа, Ya), так и реактивных (Xp, Yp), мощностей по формулам: (6.1)где: – номинальная мощность i-го электроприемника, кВт; – координата по оси абсцисс на картограмме i-го электроприемника, мм. (6.2)где - координата по оси ординат на картограмме i-го электроприемника, мм.Таблица 6.1Координаты местоположения расчетных нагрузок№Pном, кВтХУРхРу13911992735972391171273513339114127342341.4105199147278.651.4105171147239.461.4105141147197.4731351994055978313517140551393135141405423103.2152199486.4636.8113.2152171486.4547.2123.2152141486.4451.2133170199510597143170171510513153170141510423163.2201199643.2636.8171.6207177331.2283.2181.6207144331.2230.4191.6237177379.2283.2201.6237144379.2230.4213.2273199873.6636.8221.6273177436.8283.2231.6273144436.8230.4244.53141991413895.5257.531418123551357.5264.53141601413720272231413969083058286.534819722621280.5297.534818126101357.5304.53481601566720312234813976563058324.53821991719895.5337.538218128651357.5344.5382160171972035223821398404305836159181136512153715105811575121538159138136557039151053815755704026130783380202841261303633809364215154812310121543151708125501215441515438231057045151703825505704625203925075230047252159253752300482526292655023004925275926875230050220563410126519.5226632147598.5529.5258632451598.5532279635581265425203365075900552521536537590056252623665509005725275366875900587.4308902279.2666597.4308392279.2288.6602.332490745.2207612.332437745.285.16212.5355924437.511506312.5355404437.5500641437490523612606514388905432126066143743852365326714388385432532687.5282242101680697.538422428801680707.5384282880210717.52828210210итого 699.70    168 281.20 62 855.70 Производим расчеты по формулам (6.1) и (6.2): Выбираем пристроенную ТП, так как на территории цеха не предусмотрено место для установки встроенной подстанции. ТП располагаем снаружи цеха в пристроенном к цеху помещении с возможностью выката трансформатора наружу. Выбираем комплектную трансформаторную подстанцию наружной установки на напряжение 10/0,4 кВ, т.к. их наиболее широко применяют для непосредственного электроснабжения токоприемников промышленных предприятий. КТПН (комплектная трансформаторная подстанция наружной установки) устанавливаем в пристроенном к цеху помещении в непосредственной близости от потребителей, что значительно упрощает и удешевляет распределительные сети. На сравнительно небольшой площади, занимаемой КТП, размещаются 2 силовых трансформатора ТМ 400/10, коммутационная, защитная и измерительная аппаратура. В КТП на стороне ВН применяем предохранители ПК и выключатели ВНП, на стороне НН – автоматические выключатели ВА. Окончательно выбираем местоположение ТП с координатами Хр = 65 мм, Yр = 30 мм.7. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЦЕХА7.1. Выбор типа и сечения проводниковРаспределительная сеть выполняется кабелем на участках от ТП до РП и изолированными проводами в трубах проложенных в полу на участках от РП до ЭП. Сечение проводников выбирается по допустимому нагреву с соблюдением условий прокладки и условий окружающей среды. Так как среда в помещении цеха нормальная, то принимаем температуру внутри цеха 25 С. Питающая сеть, выполненная кабелем АВВГ, проложена на скобах. При этом распределительные пункты питаются от отдельно проложенных кабелей, а электроприемники от проводов лежащих рядом и влияющих друг на друга.Для определения сечения проводников от электроприемников находим их расчетные токи по формуле: (7.1)где: Рн – номинальная мощность двигателя ЭП, кВт; Uн - номинальное напряжение сети, Uн = 380 В; cosн – номинальный коэффициент мощности электроприемника;Для примера определим ток шлифовального станка ЭП №1, мощность электродвигателя станка Pн = 3 кВт; cos SYMBOL 106 \f "Symbol" \s 14 = 0,5, SYMBOL 104 \f "Symbol" \s 14н = 0.9, кратность пускового тока Кп =7:Пусковой ток двигателя определяем по формуле:Iп1 = Iр1 Кп1(7.2)Iп1 = 10,1 7 =70,7 ААналогично находим токи остальных электроприемников и заносим их в таблицу 7.1.Таблица 7.1Характеристики электроприемников и их расчетные параметрыНомер на планеНаименование электроприемникаУст. мощность ЭП Pном, кВтcosфКПДКратность пускового токаРасчетный ток Ip, АПусковой ток Iп, А1-3, 7-9, 13-15Токарно-винторезный станок30.50.9710.1470.994-6Настольно-сверлильный станок1.40.70.97.53.3825.3510-12Универсально-фрезерный станок3.20.70.97.57.7357.9516, 21Намоточный станок3.20.50.9710.8275.7217-20, 22, 23Точильный станок1.60.50.975.4137.8624, 26, 30, 32, 34Трубогибочный станок4.50.70.9710.8776.0627,31,35Сварочный агрегат, ПВ=40%220.50.85178.7478.7428Ножницы6.50.60.857.519.39145.4025, 29, 33Пресс кривошипный7.50.80.857.516.78125.8336-39, 42-45Машина электросварочная, ПВ = 50 %150.60.9142.2542.2540, 41Преобразователь сварочный260.50.85193.0693.0646-49, 54-57Электропечь сопротивления250.40.851111.85111.8550, 53Шкаф сушильный20.60.915.635.6351, 52Молот ковочный9.50.50.877.533.22249.1558, 59Станок трубогибочный7.40.70.87718.48129.3860, 61Трубоотрезной станок2.30.70.97.55.5541.6562, 63Плоскошлифовальный станок12.50.60.97.535.21264.0964-67Пресс листозагибочный140.70.87734.97244.7868-71Вентилятор7.50.750.87717.48122.39По условию, что Iдоп > Iр, согласно [Л-1, табл. 1.3.5 выбираем для присоединения электроприемника № 1 провод с сечением F = 35 мм 2 с Iдоп.= 75 А. Марка проводов АПВ (алюминиевый с поливинилхлоридной изоляцией), проложенных в трубе (четыре одножильных провода).Аналогично выбираем провода для остальных электроприемников и заносим в таблицу 7.2.Таблица 7.2Данные расчета и выбора проводовЭлектроприемникУстановленная мощность ЭП Pном, кВтРасчетный ток Ip, АМарка про-вода Допустимый ток Iдоп, АСечение проводаF, мм21-3, 7-9, 13-15310.14АПВ192.54-61.43.38АПВ192.510-123.27.73АПВ192.516, 213.210.82АПВ192.517-20, 22, 231.65.41АПВ192.524, 26, 30, 32, 344.510.87АПВ192.527,31,352278.74АПВ8535 286.519.39АПВ23425, 29, 337.516.78АПВ192.536-39, 42-451542.25АПВ165540, 412693.06АПВ1205046-49, 54-5725111.85АПВ1205050, 5325.63АПВ192.551, 529.533.22АПВ391058, 597.418.48АПВ192.560, 612.35.55АПВ192.562, 6312.535.21АПВ391064-671434.97АПВ391068-717.517.48АПВ192.5Сечение жил кабелей питающей сети выбираем по расчетному максимальному току РП. Например для РП1: Imax = 67,38 А, выбираем кабель АВВГ четырехжильный с сечением жилы F = 35 мм2 , Iдоп = 75 А по [Л-1, табл. 1.3.7.Таблица 7.3Результаты выбора кабелей для РПУчастоксетиРасчетный ток Iр, AСечение кабеля F, мм2Допустимый ток Iдоп, АМарка кабеляТП-РП167,383575АВВГТП-РП212,042.516АВВГТП-РП3235,43245120АВВГТП-РП4555,06400645АВВГТП-РП5407,73240465АВВГТП-РП6306,10340150АВВГСхема внутрицеховой сети представлена на рис. 7.1Рис. 7.1. Генеральный план цеха с нанесением сети 0,4 кВ8. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ8.1. Расчет тока трехфазного короткого замыканияДля расчета токов короткого замыкания составим схему замещения (рис. 8.1.)Схема сети для расчета токов короткого замыканияТМ-400/10/0,4а)б)Рис.8.1 а) расчетная схема. б) схема замещения.где: Zтр - сопротивление трансформатора Л.2, табл. 8.10, Ом; Zкб - сопротивление кабельной линии Л.2, табл. 8.16, Ом; Zпр - сопротивление провода Л.2, табл. 8.16, Ом.Трехфазный ток короткого замыкания определяется на шинах трансформаторной подстанции по формуле: ( 8.1)где:Uс.ном - номинальное напряжение на шинах ТП = 400 В; Zтр – сопротивление трансформатора, Ом. 8.2. Расчет тока однофазного короткого замыканияТок однофазного короткого замыкания определяется на зажимах ЭП (по схеме замещения рис. 8.1,б): (8.2)где:Uф.ср – среднее фазное напряжение (на 5 % больше номинального напряжения), Uф.ср = 230 В.;Zп(ф-0) – полное сопротивление петли фаза-нуль (определяем по формуле (8.3), Ом;Z1тр - сопротивление трансформатора при однофазном коротком замыкании Л.2, табл. 8.10, Ом. (8.3)где:Zп.КЛ(ф-0) – сопротивление петли фаза-нуль кабеля Л.2, табл.8.16., мОм/м;LКЛ – длина кабельной линии в метрах (определяем по табл. 10.3), м;Zпр(ф-0) - сопротивление провода Л.2, табл.8.16., мОм/м;Lпр – длина провода в метрах, м.