Конструктивное выполнение цеховой сети и подстанции

Введение

В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Основное достоинство электрической энергии относительная простота производство, передачи, дробления, и преобразования.

В  системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок:

1)по производству электроэнергии – электрические станции; по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии – электрические сети и подстанции;

2)по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах – приёмники электроэнергии.

Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях различные виды энергии ( энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и т. д) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуется в электрическую энергию.

В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующее станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные, приливные и др.

Совокупность электроприёмников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединённых с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называется электропотребителем.

Совокупность электрических станций, линий электропередачи подстанций тепловых сетей и приёмников, объединённых общим непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения, тепловой электрической энергии, называется электрической системой.

Электрические сети подразделяются по следующим признакам:

1)Напряжения сети. Сети могут быть напряжением до 1кВ – низковольтными, или низкого напряжения (НН), и выше 1кВ – высоковольтными, или высокого напряжения (ВН).

2)Род тока. Сети могут быть постоянного и переменного тока.

Электрические сети выполняются в основном по системе трёхфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом может производиться  трансформация электроэнергии.

3)Назначения. По характеру потреблений и от назначения территории, на которой они находятся, различают: сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического транспорта, сети в сельской местности.

Кроме того, имеются районные сети, сети межсистемных связей и др. 

Общая часть

Характеристика механического цеха

Механический цех является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. В этом цехе установлено необходимое для этого оборудование: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. Численность рабочих и служащих в этом 45 человек. Для укрытия работающей смены цех имеет бомбоубежище на 50 человек, стены и перекрытия которого выдерживают нагрузку 2 кгс/ см² . 

Конструкция этого цеха – лёгкий механический каркас. Стены из шлакоблоков с большими световыми проёмами. Двери металлические, остекления окон в металлических рамах. Пол в цехе выполнен из армированного железобетона. Покрытия около станков резиновое. Здание оборудовано центральным холодным и горячим водоснабжением, отоплением и канализацией. В обработке и на хранение в цехе сгораемых материалов нет. Перекрытия без чердака, кровля мягкая – рубероид. Для перевозки заготовок и готовой продукции используются автокары. Грунт в районе механического цеха – чернозём с температурой + 10⁰С.

Расстояние от главной понизительной подстанцией (ГПП) до цеховой – 200 м., а от энергосистемы (ЭНС) до ГПП – 10 км. Напряжение на ГПП – 10 кВ.

Расчетно-конструктивная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок высокого и низкого напряжения.

При расчете силовых нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Расчет начинаю с определения средней мощности каждого электроприёмника независимо от его технологического процесса: мощности, затраченной в течение наиболее загруженной смены, и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода или объекта.

Расчеты:

1)Рассчитываем среднюю мощность(P_ср):

P_{ср (вентиляторы)} = k_и * P =0, 6*41 =24, 6 кВт

P_{ср (печей)} = 0, 5*148=74кВт

P_{ср (шкаф)} = 0, 6*48=28, 8кВт

P_{ср (насос)} = 0, 7*44=30,8кВт

P_{ср (пресс)} = 0, 17*57=9, 7кВт

P_{ср (станки)} = 0, 14*534, 4=74, 8кВт

2)Находим средний коэффициент использования (k _{и ср}):

 K_{и ср} = ∑P_ср /∑P_Н = 242, 7 / 881, 4 = 0, 28

3)m=70 / 3 =23, 3

условие: m ≥ 5,что n_э = 2*∑P_Н / P_max = 2* 881, 4 / 70 = 25, 2→k_max = 1, 3

4)Находим среднюю реактивную мощность(Q _ср):

Q _ср1 = P_ср*tg£₁=24, 6*0, 75=18, 45квар

Q_ср2 = 74*0, 33=24, 42 кВар

Q_ср3=28, 8*0, 88=25, 3кВар

Q_ср4=30, 8*0, 75=23,1кВар

Q_ср5= 9, 7*1, 17=11, 35кВар

Q_ср6=74, 8*1, 73=129, 4кВар

5)Рассчитываем максимальные мощности(Q _max, P _max, S _max) и ток максимальный(I_max):

P_max= k_max*∑P_ср=1, 3*242, 7=315, 5 кВт

Q _max=∑Q_ср=18, 45+24, 42+25, 3+23, 1+11, 35+129, 4=232,2кВар

S _max= √ P_max²+Q_max²=√315, 5²+232, 2²=391, 7кВА

I _max=S _max /√3*U_н=391, 7 /0,658=595, 3А

Компенсация реактивной мощности

Электрическая сеть представляет собой единое целое, и правильный выбор средств компенсации для сетей промышленного предприятия напряжением до 1000 В, а также в сети 6-10 кВ можно выполнить только при совместном решении задачи.

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий , имеет большое народно-хозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергий. Задание питающей энергосистемой двух значений входной реактивной мощности, которые могут быть переданы предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активных нагрузок системы, соответственно Q_э1 и Q_э2, предопределяет необходимость регулирования потребления реактивной мощности предприятием в течение суток. Для регулирования потребления реактивной мощности используется автоматическое регулирования потребления реактивной мощности, используется автоматическое регулирования возбуждения  синхронных машин и регулирования батарей конденсаторов.

Регулирование конденсаторами реактивной мощности может вестись только ступенями путём деления батарей на части , чем больше число таких ступеней, тем совершеннее регулирования, но тем больше затраты на установку переключателей и защитной аппаратуры. 

Расчёты:

1)Находим реактивную мощность компенсирующего устройства:

Q_ку = P_max (tg£ _max - tg£_эфек) →где tg£ _max = Qmax _/ P_max

tg£_max = Q_{max /} P_max = 232 / 315, 5 = 0, 73

Q_ку = P_max (tg£_max -tg£_эфек) = 315, 5(0, 73 – 0, 4) = 104, 1 кВар

2)Выбираем компенсирующие устройство:

УК- 0, 38 – 11 ОН Q_н = 110кВар

S_ц = √P_max² + (Qmax – Q_н) ² = √315, 5² + (232 – 110)² = 338, 2кВА

Cos£= P_{max /}S_ц = 315, 5 / 338, 2 = 0, 93

Таблица № 2

Выбираем целесообразную схему присоединения компенсирующего устройства.

Технико-экономический расчёт по выбору схемы числа и мощности трансформатора

Таблица №3.Технические данные трансформатора

Таблица №4. Для расчета трансформаторов.

Расчеты

2)Расчеты для трансформатора ТМ – 250/10:

_∆Q_кз = И_к% / 100 * S_н = 6,5/100*250=16,25 кВар

_∆Q_х.х=I_х% /100*S_н=2,5/100*250=6,25кВар

Определяем к_з (коэффициент загрузки):

к_з1=S_тек /S_н*2=338/250*2=0,68                       к_з1²=0,68²=0,46

к_з2=308/500=0,62                                             к_з2²=0,62²=0,38

к_з3=290/500=0,58                                             к_з3²=0,58²=0,34

к_з4=228/500=0,46                                             к_з4²=0,46²=0,21

к_з5=196/500=0,4                                               к_з5²=0,4²=0,16

к_з6=95/500=0,19                                               к_з6²=0,19²=0,04

Определяем _∆P:

_∆Р₁=(_∆Р_х.х+к_п.п*Q_х.х)+к_з²(_∆Р_к.з+к_п.п*Q_к.з)=0,99+0,68²*4,35=3кВт

_∆Р₂=0,99+0,62²*4,35=2,66кВт

_∆Р₃=0,99+0,58²*4,35=2,5кВТ

_∆Р₄=0,99+0,46²*4,35=1,9кВт

_∆Р₅=0,99+0,4²*4,35=1,7кВт

_∆Р₆=0,99+0,19²*4,35=1,15кВт

Определяем _∆W:

_∆W₁=_∆Р₁*Т=3*1900=5700кВт*ч

_∆W₂=2,66*1700=4522кВт*ч

_∆W₃=2,5*3600=9000кВт*ч

_∆W₄=1,9*900=1710кВт*ч

_∆W₅=1.7*400=680кВт*ч

_∆W₆=1,15*260=299кВт*ч

∑W=21911кВт*ч

Определяем С_а ,С_n , С_э1:

С_а=0,2*к₁=0,2*75000=15000 руб.

С_n=С*∑W=3*21911=65733 руб.

С_э1=С_а+С_n=15000+65733=80733

3) Расчеты для трансформатора ТМ-400/10:

_∆Q_к.з=U_к%/100*S_н=4,5/100*400=18кВар

_∆Q_х.х=I_х%/100*S_н=2,1/100*400=8,4кВар

Определяем к_з:

к_з1=S_тек/S_н*2=338/400*2=338/800=0,42           к_з1²=0,42²=0,18    

к_з2=308/800=0,39                                               к_з2²=0,39²0,15

к_з3=290/800=0,36                                               к_з3²=0,36²=0,13

к_з4=228/800=0,29                                               к_з4²=0,29²=0,08

к_з5=196/800=0,25                                               к_з5²=0,25²=0,06

к_з6=95/800=0,12                                                 к_з6²=0,12²=0,01

Определяем _∆Р:

_∆Р₁=(_∆Р_х.х+к_п.п*Q_х.х)+к_з²(_∆Р_к.з+к_п.п*Q_к.з)=1,3+0,42²*6,22=2,4кВт

_∆Р₂=1,3+0,39²*6,22=2,25кВт

_∆Р₃=1,3+0,36²*6,22=2,1кВт

_∆Р₄=1,3+0,29²*6,22=1,8кВт

_∆Р₅=1,3+0,25²*6,22=1,7кВт

_∆Р₆=1,3+0,12²*6,22=1,4кВт

Определяем _∆W:

_∆W₁=_∆Р₁*Т=2.4*1900=4560кВт*ч

_∆W₂=2,25*1700=3825кВт*ч

_∆W₃=2,1*3600=7560кВт*ч

_∆W₄=1,8*900=1620кВт*ч

_∆W₅=1,7*400=680кВт*ч

_∆W₆=1,4*260=364кВт*ч

∑W=18609кВт*ч

Определяем С_а ,С_n , С_э2:

С_а=0,2*к₂=0,2108000=21600 руб.

С_n=С*∑W=3*18609=55827 руб.

С_э2=С_а+С_n=21600+55827=77427

4)Сравнение и выбор трансформатора:

С_э1=80733 ˃ С_э2=77427

к₁=75000 ˂ к₂=108000

Т=(к₂-к₁) / (С_э1-С_э2)=(108000-75000) / (80733-77427)=33000/3306=9,98 года

Выбираем трансформатор с наименьшими капитальными затратами т.е Т˃5 и окончательно выбираем трансформатор ТМ-250/10.

Конструктивное выполнение цеховой сети и подстанции

Применение комплектной трансформаторной подстанции позволяет расположить ее внутри цеха на свободной территории с максимальным приближением к потребителям. КТП имеет защиту со стороны высшего напряжения предохранители и выключатели нагрузки: со стороны низшего напряжения-автоматы(ВАВ).

Питание электроустановок по магистральной схеме с использованием распределительных щитов, которые стоят на полу около стен. Распределительный щит и КТП, присоединяется при помощи кабеля, проложенные под полом.

Подключение приёмников производиться через ответвительные коробки, с помощью проводов АПВ.

Таблица№5

Выбираю секционный автомат на вводе:

I_н.тр=S/√3*U=250/√3*10=14А

I_0,38=250/√3*0,38=380 А

I_н.а=400А

А3794С

х=0,1 мОм

r=0,15 мОм

r_п.п=0,4 мОм

Выбираю трансформатор тока:

ТТ-400/5 х=0,17; r=0,11

Таблица№6. Типы выключателей на вводе и их сопротивления

Расчет силовой сети цеха

1)Выбираем КПД двигателя и соs£ по справочнику «Асинхронные двигатели серии 4А».

Получаем ὴ=0,8 , соs£=0,82.

2)Выбираем воздушные автоматы и сечения проводов для двигателей.

I_р=Р/√3Uсоs£ὴ

I_р=Р/√3Uсоs£ὴ=7000/√3*380*0,82*0,8=16,2 А

Выбираем автомат-ВА-29К I_н.р=20 А     I_н.а=63А

Выбираем провод: АПВ 4(1*2,5)    I_доп=19А

Остальные расчёты аналогичны.

3)Выбираем по справочникам магнитные пускатели и тепловые реле.

4)Находим пусковой ток, если к=7:

I_пуск=I_р*7=16,2*7=113,4А

1,25I_max=I_пуск*1,25=113,4*1,25=142А

5)Рассчитываем кабели отходящие от КТП до распределительных щитов:

Пример для расчёта кабелей отходящих от КТП и распределительных щитах:

Таблица№6

I_max=151,2А выбираем по ПУЭ сечения и марку кабеля→ААШв 4(1*185)

Пример обозначения в следующей таблице кабелей отходящих от КТП или от щита к щиту.

Кабель от КТП до 1 щита - КТП/1.

Кабель от 3 щита до 4 - 3/4 .

Далее обозначения аналогичны.

Таблица№7.Марка и сечения кабелей.

Таблица№8. Марка и сечения провода.

Дополнения к таблице№5: ὴ=0,8; cos£=0,82; к_I=7 для электроприёмников.

Расчёт токов КЗ.

Определяю сопротивления питающего кабеля.

Принимаю S_б=100МВА

х_*=х₀l*S_б/U_б²=0,06*0,2*100/10,5²=0,01

r_*=l/ĵ*s*S_б/U_б²=200/32*16*100/10,5=0,35

1/3 х_рез˂r_рез →учитываем активную нагрузку

Z_рез=√r_рез²+х_рез²=√0,01²+0,04²=0,041

I_б=S_б/√3*U_б=100/√3*10,5=5,5кА

I_к.з=I_б/z_рез=5,5/0,35=15,7

I_уд=22,2кА

х_рез/r_рез=0,01/0,35=0,03→к_у=1

Привожу сопротивления кабеля к напряжению 0,4:

х₁=х₀l*U_б²/U_ср²= 0,06*0,2*0,4²/10,5²=0,02мОм

r₂=r₀l*U_б²/U_ср²= 200/32*16*0,4²/10,5²=0,06мОм

Для трансформатора принимаю ∆Р_к.з=3,7кВт

r_*т=_∆Р_к.з/S_н.т=3,7/250=0,015

х_*т=√(U_k%/100)²-r_*²=√(6,5/100)²-0,015²=0,004

Выражаем r_* и х_* в мОм и принимаем U=0,4кВ:

х₃=х_*т*U_н²/S_н=0,004*0,4²/250*10⁶=2,7мОм

r₄=r_*т*U_н²/S_н=0,015*0,4²/250*10⁶=2,7мОм

Сопротивление ВАВ принимаю х₇=х₁₆=х₁₉=0,1мОм;r₆=r₁₅=r₂₀=0,15мОм;

r_п.п5=r_п.п14=r_п.п21=0,4мОм

Сопротивление трансформатора тока принимаю:

х₉=х₁₈=0,17мОм; r₈=r₁₇=0,11мОм

Сопротивления ВАВ на первой линии принимаю:

х₂₃=х₀l=60*0,006=0,36мОм

r₂₂=l/ĵ*s=6/32*240=0,0008мОм

Дальнейшее расчёты активных и реактивных сопротивлений кабелей аналогичны.

Определяем результирующие сопротивления для всех точек:

Для точки к₂:

х_рез(АВ)=х₁+х₃+х₇+х₉+х₅₅=0,02+2,7+0,1+0,17+0,1=3,1мОм

х_рез(СВ)=х₁₀+х₁₂+х₁₆+х₁₈=0,02+2,7+0,1+0,17=3мОм

r_рез(АВ)= r₂+r₄+r₅+r₆+r₈+r₅₄+r₅₃=0,06+9,6=0,4=0,15=0,1=10,3мОм

r_рез(СВ)=r₁₁+r₁₃+r₁₄+r₁₅+r₁₇=0,06+9,6+0,4+0,15+0,1=10,3мОм

х_рез(к2)=х_рез(АВ)*х_рез(СВ)/х_рез(АВ)+х_рез(СВ)=3,1*3/3,1+3=1,2мОм

r_рез(к2)=r_рез(АВ)*r_рез(СВ)/r_рез(АВ)+r_htp(CD)=10,6*10,3/10,6+10,3=5,2мОм

z_рез=√r_рез²+х_рез²=√5,2²+1,5²=5,4мОм

Для точки к3:

х_рез(к3)=х_рез(к2)+х₂₁+х₂₃+х₂₄+х₂₇+х₂₉=1,5+0,094+0,36+1,2+0,12+1=4,3мОм

r_рез(к3)=r_рез(к2)+r₁₉+r₂₀+r₂₂+r₂₅+r₂₆+r₂₈=5,2+0,25+0,12+0,0008+0,003+0,001+0,05=5,6мОм

Остальные расчёты по определению по результирующих сопротивлений аналогичны.

Рассчитываем токи КЗ:

Для точки к2:

I_кз(к2)=U_кз/√3*z_рез=400/√3*5,4=42,7кА

х_рез/r_рез=1,5/5,2=0,28→к_у=1

i_уд=к_у*√2*I_кз=60,4кА

Остальные расчёты аналогичны.

Таблица №9