64

Введение

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

Энергетической программой предусмотрено создание мощных территориально-производственных комплексов (ТПК) в тех регионах, где сосредоточены крупные запасы минеральных и водных ресурсов. Такие комплекс добывают, перерабатывают, транспортируют энергоресурсы, используя в своей деятельности различные электроустановки по производству, передаче и распределению электрической и тепловой энергии.

Энергетической программой России предусматривается дальнейшее развитие энергосберегающей политики. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствования энергетического оборудования; реконструкции устаревшего оборудования; сокращения всех видов энергетических потерь и повышения уровня использования вторичных ресурсов; улучшения структуры производства, преобразования и использования энергетических ресурсов.

Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии. Энергетические системы образуют несколько крупных энергообъединений.

Объединение региональных ОЭС в более мощную систему образовало Единую энергетическую систему (ЕЭС) Российской Федерации. ЕЭС позволило снизить необходимую генераторную мощность по сравнению с изолированно работающими электростанциями и осуществлять более оперативное управление перетоками энергетических мощностей с Востока, где находиться около 80% топливных и гидроресурсов, на Запад страны, так как в европейской части страны размещается 80% всех потребителей энергии. Для электрической связи между ОЭС служат сверхдальние линии электропередач напряжением 330; 500; 750 и 1150 кВ и выше.

Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией.

Перед энергетикой в ближайшем будущем стоит задача всемерного развития и использования возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной, ветровой, приливной и др. Развития комбинированного производства электроэнергии и теплоты для централизованного теплоснабжения промышленных городов.

1. Общая часть

1.1. Характеристика электромеханического цеха, электрических нагрузок и его технологического процесса

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Электромеханический цех (ЭМЦ) предназначен для подготовки заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами.

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. ЭМЦ имеет станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование: слиткообдирочные, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические станки и др.

В цехе предусмотрены помещения для цеховой ТП, вентиляторной, инструментальной, для бытовых нужд и пр. ЭМЦ получает ЭСН от подстанции глубокого ввода (ПГВ). Расстояние от ПГВ до цеховой ТП -- 0,5 км, а от ЭНС до ПГВ -- 10 км. Напряжение на ПГВ -- 10 кВ.

Количество рабочих смен -- 2. Потребители ЭЭ цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

Грунт в районе ЭМЦ -- песок с температурой +20°С. Каркас здания цеха смонтирован из блоков-секций длиной 8 и 9 м каждый.

Размеры цеха А*В*Н =48*30*9м.

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования ЭМЦ дан в (таблица 1.1.).

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного оборудования показано на плане (Рис. 1.1.).

Таблица 1.1. Перечень ЭО электромеханического цеха.

1.2 Классификация помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности

Взрывоопасные зоны. Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

При определении взрывоопасных зон принимается, что:

а) взрывоопасная зона в помещении занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения;

б) взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5% свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность;

в) взрывоопасная зона наружных взрывоопасных установок ограничена размерами.

Примечания: 1. Объемы взрывоопасных газов и паровоздушной смесей, а также время образования паровоздушной смеси определяются в соответствии с «Указаниями по определению категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности», утвержденными в установленном порядке.

2. В помещениях с производствами категорий А, Б и Е электрооборудование должно удовлетворять требованиям к электроустановкам во взрывоопасных зонах соответствующих классов.Зоны взрывоопасности: В-І, В-Іа, В-Іб, В-Іг, В-ІІ, В-ІІа.

Все помещения электромеханического цеха являются не взрывоопасными.

Пожароопасные зоны. Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.

Зоны пожароопасности: П-I, П-II, П-IIа, П-IIІ.

В электромеханическом цехе встречаются помещения следующих классов:

Зоны класса П-I -- зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61?.

Зоны класса П-IIа -- зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества.

Классификация помещений по электробезопасности. В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

2) помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

· сырость или токопроводящая пыль;

· токопроводящиё полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.);

· высокая температура;

· возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой;

3) особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

· особая сырость;

· химически активная или органическая среда;

· одновременно два или более условий повышенной опасности.

Данные по электромеханическому цеху приведены в (таблица 1.2.).

Таблица 1.2. Классификация помещений электромеханического цеха по взрыво-, пожаро-, электробезопасности

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Категория надежности ЭСН и выбор схемы ЭСН

Все электроприемники по надежности электроснабжения разделяются на три категории (6, пункт 1.2.18.):

Электроприемники І категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприемников І категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники ІІ категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Допускается питание электроприемников ІІ категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников ІІ категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более одних суток допускается питание электроприемников ІІ категории от одного трансформатора.

Для электроприемников ІІ категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Согласно ПУЭ, электроприемники ІІ категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания.

Электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие под определения І и ІІ категорий.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превышают 1 суток. Электроприемники учебных мастерских в отношении обеспечения надежности электроснабжения по заданию относятся к электроприемникам ІІ и III категорий.

Электромеханический цех по категории надежности ЭСН относится к потребителям 2 и 3 категории. В целях экономии и в связи с тем, что при ремонте не произойдет массовый недоотпуск продукции, выбираем трансформаторную подстанцию с одним трансформатором и магистральную схему электроснабжения согласно(2,5.7.):

Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха.

Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.

Для питания большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади цеха, применяются схемы с двумя видами магистральных линий: питающими и распределительными. Питающие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин комплектной трансформаторной подстанции (КТП), если главные магистрали не применяются.

К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.

Следует учитывать недостаток магистральных схем, заключающийся в том, что при повреждении магистрали одновременно отключаются все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.

К шинам низшего напряжения трансформаторной подстанции подключены через вводные выключатели РП-1,ШР-1,ШР-2,ШТР-1,ШТР-2 и ЩО.

· ШТР-1 через линейные выключатель запитывает электроприемник № 1.

· ШТР-2 через линейные выключатель запитывает электроприемник № 2.

· ШР-1ачерез линейные выключатели запитывает электроприемники №2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20.

· ШР-2 через линейные выключатели запитывает электроприемники № 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41.

· РП-1 через линейные выключатели запитывает электроприемники № 42,43.

2.2 Расчет электрических нагрузок, компенсирующего устройства и выбор трансформаторов

Расчет электрических нагрузок группы электроприемников. Расчеты ведутся методом коэффициента максимума. Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Рм, Qм, Sм) рассчитанных нагрузок группы электроприемников.

Рм. = Км Рсм.; Qм. = К_м Qсм.; Sм. =;

где Рм. - максимальная активная нагрузка, кВт;

Qм. - максимальная реактивная нагрузка, квар;

Sм. - максимальная полная нагрузка, кВА;

Км. - коэффициент максимума активной нагрузки, определяется по (8,т абл. 1.5.3) и зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников;

Км - коэффициент максимума реактивной нагрузки;

Рсм. - средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

Qсм. - средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену, квар.

; Qсм. = Р см tg?;

где Ки - коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации (8, табл. 1.5.1);

Рн. - номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

tg? - коэффициент реактивной мощности;

nэ = F(n, m, Ки ср, Рн) - эффективное число электроприемников, может быть определено по упрощенным вариантам (8, табл.1.5.2);

Ки ср - средний коэффициент использования группы электроприемников,

Средний коэффициент мощности cos? и средний коэффициент реактивной мощности tg?.

;

m - показатель силовой сборки в группе

m = Рн. нб. / Рн. нм.,

где Рн нб, Рн нм - номанальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе.

В соответствии с практикой проектирования принимается Км = 1,1 при nэ < 10; Км = 1 при nэ > 10.

Производим расчет нагрузок и составляем сводную ведомость нагрузок по электромеханическому цеху в табличной форме (табл. 2.1).

В графу 1 записывается наименование групп электроприемников и узлов питания.

В графу 2 записывается мощность электроприемников и узлов питания (Р_н).

В графу 3 записывается количество электроприемников для групп и узла питания (n)

В графу 4 для групп приемников и узла питания заносятся суммарная номинальная мощность (Р_н?)

?Р_н=.;

В графу 5 записывается коэффициент использования электроприемников (К_и)

В графы 6 и 7 для групп приемников записываются tg?. и cos?. Определяется по (4, табл. 1.5.1).

В графу 8 для групп приемников записываются показатель силовой сборки в группе m>3

В графу 9 записывается средняя активная мощность за наиболее загруженную смену (Р_см)

;

В графу 10 записывается средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену (Q_см)

;

В графу 11 записывается средняя нагрузка за наиболее загруженную смену (S_см)

S=;

В графу 12 записывается эффективное число электроприемников, n_э= n

В графу 13 записывается коэффициент максимума активной нагрузки.

В графу 14 записывается коэффициент максимума реактивной нагрузки. К_м

В графу 15 записывается максимальная активная мощность Р_м, определяемая по формуле:

?Р_м=К_м•?Р_см;

где P_м - максимальная активная нагрузка,(кВт)

K_м - коэффициент максимума активной нагрузки

В графу 16, записывается максимальная реактивную мощность Q_м,

В графе 17 записывается максимальная полная мощность S_м, определяемая по формуле:

?S_м=

В графе 18 записывается максимальный ток I_м, определяемый по формуле:

Iм = Sм / v3 ? Uн;

Произведем расчет нагрузок на ШТР - 1

Кран мостовой работает в повторно-кратковременном режиме, с ПВ = 25% приведем мощность электроприемника к длительному режиму:

Рн. = Рп. ?

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм tg?; S=;

Кран мостовой:

Ки = 0.1;

Рсм. = 0.1 ? 18 = 1.8 кВт;

Qсм. = 1.8 ? 0.73 = 3.1 кВар;

Sсм. == 3.6 кВ ? А;

Поскольку на ШТР один приемник, то максимальные активные, реактивные и полные нагрузки равны сменным:

Рм. = 1.8 кВт;

Qм. = 3.1 кВар;

Sсм. = 3.6 кВ ? А;

Iм. = Sм. _(ШТР-1) / v3 ? Uн. = 3.6 / 1.73 ? 0.38 = 5.5 А.

Произведем расчет нагрузок на ШТР - 2

Кран мостовой работает в повторно-кратковременном режиме, с ПВ = 25% приведем мощность электроприемника к длительному режиму:

Рн. = Рп. ?

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм tg?; S=;

Кран мостовой:

Ки = 0.1;

Рсм. = 0.1 ? 18 = 1.8 кВт;

Qсм. = 1.8 ? 0.73 = 3.1 кВар;

Sсм. == 3.6 кВ ? А;

Максимальные активные, реактивные и полные нагрузки равны сменным:

Рм. = 1.8 кВт;

Qм. = 3.1 кВар;

Sсм. = 3.6 кВ ? А;

Iм. = Sм. _(ШТР-2) / v3 ? Uн. = 3.6 / 1.73 ? 0.38 = 5.5 А.

Произведем расчет нагрузок на ШР - 1

Определяем показатель силовой сборки в группе:

m = Рн.нб. / Рн.нм.; m = 13 / 2 = 6.2; m > 3.

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм ? tg?; S=

Манипулятор электрический:

Ки = 0.1; ? Рн. = 6.4 кВт; tg? = 1.73;

Рсм. = 0.1 ? 6.4 = 0.64 кВт;

Qсм. = 0.64 ? 1.73 = 1.1 кВар;

Точильно шлифовочный станок:

Ки = 0.14; ? Рн. = 62 кВт; tg? = 0.5;

Рсм. = 0.14 ? 2 = 0.28 кВт;

Qсм. = 0.28 ? 0.5 = 0.1 кВар;

Настольно сверлильный станок:

Ки = 0.16; ? Рн. = 4.4 кВт; tg? = 1.33;

Рсм. = 0.16 ? 4.4 = 0.7 кВт;

Qсм. = 0.7 ? 1.33 = 0.9 кВар;

Токарный полуавтомат:

Ки = 0.17; ? Рн. = 20 кВт; tg? = 0.5;

Рсм. = 0.17 ? 20 = 0.28 кВт;

Qсм. = 0.28 ? 0.5 = 0.1 кВар;

Токарный станок:

Ки = 0.16; ? Рн. = 52 кВт; tg? = 1.33;

Рсм. = 0.16 ? 52 = 8.3 кВт;

Qсм. = 8.3 ? 1.33 = 11 кВар;

Слиткообдирочный станок:

Ки = 0.17; ? Рн = 18 кВт; tg? = 1.17;

Рсм. = 0.17 ? 18 = 3.1 кВт;

Qсм. = 3.1 ? 1.17 = 3.6 кВар;

Определяем n всего по ШР-1:

n = 2 + 1 + 2 + 2 + 4 + 6 = 17;

Определяем ?P_н всего по ШР-1:

?Pн = 6.4 + 2 + 4.4 + 20 + 52 + 18 = 102.8 кВт;

Определяем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по ШР-1. и определяем среднее значение Ku ср, cos? и tg?:

?Рсм. = 0.64 + 0.28 + 0.7 + 3.4 + 8.3 + 3.1 = 16.4 кВт;

?Qсм. = 1.1 + 0.1 + 0.9 + 4 + 11 + 3.6 =20.7кВар;

?Sсм. = = 26.4 кВ?А

Ku ср. = ?Рсм. / ?Рн. = 16.4 / 102.8 = 0.16;

cos? = ?Рсм. / Sсм. = 16.4 / 26.4 = 0.62;

tg = Qсм. / Pсм = 20.7 / 16.4 = 1.26.

Определяем nэ эффективное число электроприемников, находим по (8, табл. 1.5.2.):

n = 17 >5; Ku ср = 0.16 < 0.2; m > 3, при этом nэ = n = 17.

Определяем Kм коэффициент максимума активной нагрузки находим по таблице (8, табл. 1.5.3.):

Км = 1.61.

Определяем Kм коэффициент максимума реактивной нагрузки:

Км = 1, при n > 10.

Определяем максимальные активную, реактивную и полную мощности (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников,

Рм. = Км. ? Рсм.; Qм. = К_м ? Qсм; Sм =

Рм. = 1.61 ? 16.4 = 26.4 кВт;

Qм. = 1 ? 20.7 = 20.7 кВар;

Sм. = = 33.6 кВ ? А;

Определяем максимальный ток:

Iм. = S_{м. (ШТР-2)} / v3 ? Uн = 33.6 / 1.73 ? 0.38 = 51.1 А.

Произведем расчет нагрузок на ШР - 2:

Определяем показатель силовой сборки в группе:

m = Рн.нб. / Рн.нм.;

m = 13 / 2 = 6.2; m > 3.

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм ? tg?; S=

Манипулятор электрический:

Ки = 0.1; ? Рн. = 6.4 кВт; tg? = 1.73;

Рсм. = 0.1 ? 6.4 = 0.64 кВт;

Qсм. = 0.64 ? 1.73 = 1.1 кВар;

Настольно сверлильный станок:

Ки = 0.16; ? Рн. = 4.4 кВт; tg? = 1.33;

Рсм. = 0.16 ? 4.4 = 0.7 кВт;

Qсм. = 0.7 ? 1.33 = 0.9 кВар;

Токарный полуавтомат:

Ки = 0.17; ? Рн. = 20 кВт; tg? = 0.5;

Рсм. = 0.17 ? 20 = 0.28 кВт;

Qсм. = 0.28 ? 0.5 = 0.1 кВар;

Слиткообдирочный станок:

Ки = 0.17; ? Рн. = 18 кВт; tg? = 1.17;

Рсм. = 0.17 ? 18 = 3.1 кВт;

Qсм. = 3.1 ? 1.17 = 3.6 кВар;

Горизонтально фрезерный станок:

Ки = 0.17; ? Рн. = 14 кВт; tg? = 1.17;

Рсм. = 0.17 ? 14 = 2.4 кВт;

Qсм. = 2.4 ? 1.17 = 2.8 кВар;

Продольно строгальный станок:

Ки = 0.17; ? Рн. = 20 кВт; tg? = 1.17;

Рсм. = 0.17 ? 20 = 3.4 кВт;

Qсм. = 3.4 ? 1.17 = 4 кВар;

Анодно механический станок:

Ки = 0.16; ? Рн. = 225 кВт; tg? = 1.33;

Рсм. = 0.16 ? 225 = 36 кВт;

Qсм. = 36 ? 1.33 = 48 кВар;

Тельфер:

Ки = 0.1; ? Рн. = 5 кВт; tg? = 1.73;

Рсм. = 0.1 ? 5 = 0.5 кВт;

Qсм. = 0.5 ? 1.73 = 0.9 кВар;

Определяем n всего по ШР-1:

n = 2 + 2 + 2 + 5 + 2 +2 + 3 + 1 = 19;

Определяем ?P_н всего по ШР-1:

?Pн. = 6.4 + 4.4 + 20 + 15 + 14 + 20 + 225 + 5 = 309.8 кВт;

Определяем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по ШР - 1. и определяем среднее значение Ku ср, cos? и tg?:

?Рсм. = 0.6 + 0.7 + 3.4 + 2.6 + 2.4 + 3.4 + 36 +0.5 = 49.6 кВт;

?Qсм. = 1 + 1 + 4 + 3 + 2.8 + 4 + 48 + 0.9 = 64.7 кВар;

?Sсм. = = 81.5 кВ?А

Ku ср. = ?Рсм. / ?Рн. = 49.6 / 309.8 = 0.16;

cos? = ?Рсм. / Sсм. = 49.6 / 91.5 = 0.6;

tg = Qсм. / Pсм = 64.7 / 49.6 = 1.3.

Определяем nэ эффективное число электроприемников, находим по условиям (8, табл.1.5.2.):

Так как n > 5, Ku ср. < 0.2, m > 3, то nэ = n = 19

Определяем коэффициент максимума активной нагрузки находим по (8.1.5.3.):

Км = 1.55

Определяем коэффициент максимума реактивной нагрузки:

Км = 1, при n > 10

Определяем максимальные активную, реактивную и полную мощности (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников,

Рм. = Км. ? Рсм.; Qм. = К_м ? Qсм.; Sм. =

Рм. = 1.55 ? 49.6 = 76.9 кВт;

Qм. = 1 ? 64.7 = 64.7 кВар;

Sм. = = 100.5кВ ? А;

Определяем максимальный ток:

Iм. = S_м.(ШР-2) / v3 ? Uн = 152.1 / 1.73 ? 0.38 = 152.1 А.

Произведем расчет нагрузок на РП - 1

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм=Рсмtg?; Sсм =

Вентилятор:

Ки = 0.6 5; ? Рн. = 9 кВт; tg? = 1.75;

Рсм. = 0,65 ? 9 = 5.85 кВт;

Qсм = 5.85 ? 0.75 = 4.4 кВар;

Sсм. ==7.3 кВ?А;

Поскольку на РП одинаковые приемники, то максимальные активные, реактивные и полные нагрузки равны сменным:

Рм. = 5.85 кВт; Qм. = 4.4 кВар; Sсм. = 7.3 кВ?А;

Iм. = Sм.(РП-1) / v3 ? Uн = 7.3 / 1.73 ? 0.38 = 11.1 А.

Произведем расчет нагрузок на ЩО:

Ро.у. = Руд ? S = 10 ? 1440 = 14.4 кВт;

Рсм. = Ku ? ?Pн. = 0.85 ? 14.4 = 12.2 кВт;

Qсм. = Pсм. ? tg? = 12.2 ? 0.33 = 4 кВар;

Sсм = кВ ? А

Iм. = S_м.(ЩО) / v3 ? Uн = 12.8 / 1.73 ? 0.38 = 19.5 А.

Определяем потери в трансформаторе, результаты заносим в колонки 15, 16, 17.

Рт = 0.02 Sнн = 0.02 ? 160 = 3.2 кВт;

Qт = 0.1 Sнн = 0,1 ? 160 = 16 кВар;

Sт = = 16.3 кВ ? А.

Количество трансформаторов на подстанции. На подстанциях всех напряжений, как правило, применяется не более двух трансформаторов по соображениям технической и экономической целесообразности. В большинстве случаев это обеспечивает надежное питание потребителей и в то же время дает возможность применять простейшие блочные схемы подстанций без сборных шин на первичном напряжении, что резко упрощает их конструктивные решения и уменьшает стоимость. Резервирование осуществляется при помощи складского и передвижного резерва.

Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6... 10 кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех групп по надежности, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15...20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении. Эти перемычки могут быть применены также для питания в периоды минимальных режимов при отключении части подстанций.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприемников относится к первой или второй категориям, которые не допускают перерыва в питании во время доставки и установки резервного трансформатора со склада, на что требуется не менее 3...4 ч.

Двухтрансформаторные подстанции целесообразно применять также независимо от категории питаемых потребителей при неравномерном графике нагрузки, когда выгодно уменьшать число включенных трансформаторов при длительных снижениях нагрузки в течение суток или года.

Применение цеховых подстанций с числом трансформаторов более двух, как правило, экономически нецелесообразно. Более двух трансформаторов на одной цеховой подстанции применяется в следующих случаях:

· при наличии крупных сосредоточенных нагрузок;

· при отсутствии места в цехе для рассредоточенного расположения подстанций по производственным условиям;

· при раздельных трансформаторах для «силы» и «света», если установка этих трансформаторов целесообразна на одной подстанции;

· при питании территориально совмещенных силовых нагрузок на различных напряжениях;

· при необходимости выделения питания нагрузок с резкими, часто повторяющимися толчками, например крупных сварочных аппаратов и т. п.

Исполнение трансформаторов. На напряжении 6...10 кВ применяются масляные, совтоловые и сухие трансформаторы. Но преимущественное применение находят масляные трансформаторы. Применение совтоловых (совтол - негорючий диэлектрик) трансформаторов мощностью до 1000... 1600 кВ-А целесообразно в тех случаях, когда по условиям среды нельзя устанавливать масляные трансформаторы и недопустима установка сухих негерметизированных трансформаторов.

При выборе этих трансформаторов необходимо учитывать их токсичность при наличии течи совтола, так как при этом выделяются вредные пары, длительное вдыхание которых вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и носа.

Сухие трансформаторы имеют ограниченное применение, так как они дороже масляных и имеют следующие недостатки:

· боятся грозовых перенапряжений;

· создают при работе повышенный шум по сравнению с масляными;

требуют установки в сухих непыльных помещениях с относительной влажностью не более 65%.

Применение сухих трансформаторов целесообразно при их мощности от 10 до 400 кВА. В основном они применяются там, где недопустима установка масляных трансформаторов из-за пожарной опасности, а трансформаторов с негорючей жидкостью из-за их токсичности.

Номинальная мощность трансформатора. Наивыгоднейшая мощность трансформатора зависит от многих факторов:

величины и характера графика электрической нагрузки;

длительности нарастания нагрузки по годам;

числа часов работы объекта электроснабжения;

стоимости энергии и др.

Указанные факторы сочетаются различным образом и изменяются во времени.

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь но без компенсации реактивной мощности:

Sт ? Sр = 0,7 Sвн = 0,7 ? 176.3 = 123.41 кВ ? А.

Sт ? 123.41 кВ ? А

По (3) выбираем трехфазный масляный трансформатор типа ТМ - 250/ 10/ 0,4.

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформатора

Кз = Sнн/ Sт;

Кз = 160 / 250 = 0,64.

U1н = 10.6 кВ;

U2н = 0.4; 0.38 кВ;

Uк = 4.5%.

Мощность потерь:

Рхх = 0.82 кВт;

Ркз = 3.7 кВт;

Lхх = 2.3%.

Выбрана цеховая КТП 250 - 10/0.4; Кз = 0.64.

Расчет компенсирующих устройств (КУ) и выбор трансформатора.Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питательных сетях. Ввод источника реактивной мощности приводит к снижению потерь в период максимума нагрузки в среднем на 0,081 кВт/квар. В настоящее время степень компенсации в период максимума составляет 0,25 квар/кВт, что значительно меньше экономически целесообразной компенсации, равной 0,6квар/кВт.

При выборе средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий необходимо различать по функциональным признакам две группы промышленных сетей в зависимости от состава их нагрузок: первая группа - сети общего назначения (сети с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц.); вторая группа - сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резко переменными нагрузками.

Наибольшая суммарная реактивная нагрузка предприятия, принимаемая для определения мощности компенсирующей установки равна: Q_M1=K_HCQ_P, где K_HC - коэффициент учитывающий несовпадения по времени наибольшей активной нагрузки энергосистемы и реактивной нагрузки предприятия.

По входной реактивной мощности Q_Э1 определяют суммарную мощность компенсирующего устройства предприятия, а по назначению Q_Э2 регулируемую часть компенсирующего устройства. Суммарную мощность компенсирующего устройства Q_Э1 определяют по балансу реактивной мощности на границе электрического раздела предприятия и энергосистемы в период наибольшей активной нагрузки энергосистемы: Q_K1=Q_M1+Q_Э2. Для промышленных предприятий с присоединяемой суммарной мощностью трансформаторов менее 750 кВ*А, значение мощности компенсирующего устройства Q_Э1 задается энергосистемой и является обязательным при выполнении проекта электроснабжения предприятия.

По согласованию с энергосистемой, выдавшей технические условия на присоединение потребителей, допускается принимать большую по сравнению с Q_Э1 суммарную мощность компенсирующего устройства, если это снижает приведенные затраты на систему электроснабжения предприятия в целом.

Средствами компенсации реактивной мощности являются в сетях общего назначения батареи конденсаторов (низшего напряжения - НБК и высшего напряжения - ВБК) и синхронные двигатели в сетях со специфическими нагрузками, дополнительно к указанным средствам, силовые резонансные фильтры (СРФ), симметрирующие и фильтросимметрирующие устройства, устройства динамической и статической компенсации реактивной мощности с быстродействующими системами управления (СТК) и специальные быстродействующие синхронные компенсаторы (ССК).

Рсм? = 5.85 + 16.4 + 49.6 + 1.8 + 1.8 + 12.2 = 87.7 кВт;

Qсм? = 4.4 + 20.7 + 64.7 + 3.1 + 3.1 + 4 = 100 кВар;

Sсм? = = 133 кВ ? А;

Рм? = 5.85 + 26.4 + 76.9 + 1.8 + 1.8 + 12.2 = 124.95 кВт;

Qм? = 4.4 + 20.7 + 64.7 + 3.1 + 3.1 + 4 = 100кВар;

Sм? = = 160 кВ ?А;

cos? = Pсм? / Sсм? = 87.7 / 133 = 0.66;

tg? = Qсм? / Pсм? = 1.14.

Исходные данные для выбора компенсирующего устройства приведены в (табл. 2.2.).

Таблица 2.2.. Исходные данные

Определяем расчетную мощность компенсирующего устройства:

Qкр = ? ? Рм ? (tg? - tg?к)

? = 0.9; Рм = 124.95 кВт;

Qкр = 0.9 ? 124.95 (1.14 - 0.33) = 91.1 кВар;

Применяется cos?к = 0.95, тогда tg?к = 0.33;

Из (7, табл. 31.24) выбирается 5 ? КС 0.38 - 18 - ЗУЗ (1УЗ);

Определяется фактическое значение tg?ф и cos?ф после компенсации реактивной мощности:

Qкст = 5?18; Pм = 124.95;

cos?ф = 0.75;

Результаты расчетов заносятся в сводную ведомость нагрузок (табл. 2.3.).

Таблица 2.3. Сводная ведомость нагрузок

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь.

Рт. = 0,02 Sнн = 0,02 ? 125.4 = 2.5 кВт;

Qт. = 0,1 Sнн = 0,1 ?125.4 = 12.5 кВар;

Sт. = = 12.6 кВА;

По (5) выбираем трансформатор типа ТМ 250 - 10 / 04;

U1н. = 10; 6 кВ;

U2н. = 0.4; 0.69 кВ;

Мощность потерь:

Pх.х. = 0.82 кВт; Pкз. = 3.7 кВт;Lх.х. = 2.3%.

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформатора:

Кз = Sнн / Sт;

Кз = 125.4 / 250 = 0.5

Рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора 0.5 - 0.7.

2.3 Расчет и выбор элементов ЭСН

При эксплуатации электросетей длительные перегрузки проводов и кабелей, КЗ вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой.

Это приводит к преждевременному износу их изоляции, следствием чего может быть пожар, взрыв во взрывоопасных помещениях, поражение персонала.

Для предотвращения этого линия ЭСН имеет аппарат защиты, отключающий поврежденный участок.

Аппаратами защиты являются: автоматические выключатели, предохранители с плавкими вставками и тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и КЗ в защищаемой линии.

Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные и полупроводниковые.

Тепловые расцепители срабатывают при перегрузках, электромагнитные -- при КЗ, полупроводниковые -- как при перегрузках, так и при КЗ.

Наиболее современные автоматические выключатели серии ВА предназначены для замены устаревших A37, АЕ, АВМ и «Электрон».

Они имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного тока. В таблице А.6 предоставлены данные ВА, так как они наиболее современные и применяются в комплектных распределительных устройствах в виде различных комбинаций. Автоматические выключатели серии ВА

Выключатели серии ВА разработок 51, 52, 53, 55 предназначены для отключений при КЗ и перегрузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Выключатели серии ВА разработок 51 и 52 имеют тепловой (TP) и электромагнитный расцепители, иногда только ЭМР.

ВА 51 имеют среднюю коммутационную способность.