Курсовая работа: Расчет электрической сети электромонтажного цеха

Курсовая работа: Расчет электрической сети электромонтажного цеха

Введение

В системах электроснабжения промышленных предприятий и установок энерго- и ресурсосбережения достигается главным образом уменьшением потерь электроэнергии при ее передаче и преобразовании, а также применение менее материалоемких и более надежных конструкций всех элементов этой системы. Одним из испробованных путей минимизации потерь электроэнергии является компенсация реактивной мощности потребителей при помощи местных источников реактивной мощности, причем важное значение имеет правильный выбор их типа, мощности, местоположения и способа автоматизации.

Главной задачей проектирования предприятий является разработка рационального электроснабжения с учетом новейших достижений науки и техники на основе технико-экономического обоснования решений, при которых обеспечивается оптимальная надежность снабжения потребителей электроэнергией в необходимых размерах, требуемого качества с наименьшим затратами. Реализация данной задачи связана с рассмотрением ряда вопросов, возникающих на различных этапах проектирования. При технико-экономических сравнениях вариантов электроснабжения основными критериями выбора технического решения является его экономическая целесообразность, т.е. решающими факторами должны быть: стоимостные показатели, а именно приведенные затраты, учитывающие единовременные капитальные вложения и расчетные ежегодные издержки производства. Надежность системы электроснабжения в первую очередь определяется схемными и конструктивными построения системы, разумным объемом заложенных в нее резервов, а также надежностью входящего электрооборудования. При проектировании систем электроснабжения необходимо учитывать, что в настоящее время все более широкое распространение находит ввод, позволяющий по возможности максимально приблизить высшее напряжение (35 - 330 кВ) к электроустройствам потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации. Основополагающим принципом при проектировании схем электроснабжения является также отказ от "холодного" резерва. Рациональные схемы решения должны обеспечивать ограничение токов короткого замыкания. В необходимых случаях при проектировании систем электроснабжения должна быть предусмотрена компенсация реактивной мощности. Мероприятия по обеспечению качества электроэнергии должны решаться комплексно и базироваться на рациональной технологии и режиме производства, а также на экономических критериях. При выборе оборудования необходимо стремиться к унификации и ориентироваться на применение комплексных устройств (камера сборная одностороннего обслуживания (КСО) комплектные распределительные устройства (КРУ), и др.) различных напряжений, мощности и назначения, что повышает качество электроустановки, надежность, удобство и безопасность ее обслуживания.

1.  Проектирование электрических сетей промышленных предприятий

Проектирование электроснабжение – это воздействие и кабельные линии от подстанции энергосистемы до главной понизительной подстанции или распределительным пунктом, промышленного объекта.

Внутреннее электроснабжение представляет собой схему распределения энергии между потребителями механического цеха. Для питания оборудования цеха применяют радиальные, магистральные или смешанные(комбинированные) схемы электроснабжения.

Радиальные схемы применяют при наличии групп сосредоточенных нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, во взрыво- и пожароопасных цехах, в цехах с химически активной и аналогичной средой. Радиальные схемы нашли широкое применение в насосных и компрессорных станциях, на предприятиях нефтехимической промышленности, в литейных и других цехах. Радиальные схемы внутрицеховых сетей выполняют кабелями или изолированными проводами. Они могут быть применены для нагрузок дюной категории надёжности.

Достоинства радиальных схем является их высокая надёжность, так как авария на одной линии не влияет на работу ЭП, подключённых к другой линии. Недостатками радиальных схем являются: малая экономность, связанная со значительным расходом проводникового материала, труб, распределительных шкафов; большое число защитной и коммутационной аппаратуры; ограниченная гибкость сети при перемещения ЭП, вызванных изменением технологического процесса; невысокая степень индустриализации монтажа.

Магистральные схемы целесообразно применять для питания силовых и осветительных нагрузок, распределенных относительно равномерно по лошади цеха, а также для питания группы ЭП, принадлежащих одной линии. При магистральных системах одна питающая магистраль обслуживает несколько распределительных шкафов и крупные ЭП цеха.

Достоинства магистральных схем являются: упрощение РУНН трансформаторных подстанций высокая гибкость сете, дающая возможность перестановок технологического оборудования без переделки сети, использование унифицированных элементов (шинопроводов), позволяющих вести монтаж индустриальными методами. Недостатком является их меньшая надежность по сравнению с радиальными схемами. Так как при аварии на магистрали все подключенные к ней ЭП теряют питание. (Однако введение в схему резервных перемычек между ближайшими магистралями значительно повышает надежность магистральных схем.)

Применение винопроводов постоянного сечения приводит к некоторому перерасходу проводникового материала.

На практике для электроснабжения цеховых ЭП радиальные или магистральные схемы редко встречаются в чистом виде. Наибольшее распространение имеют смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. Оборудование цеха не связано между собой и работает в продолжительном режиме. При двухсменной работе, в год цех работает 4500 часов.

Качество электрической энергии определяется совокупностью её характеристик, при которых электроприёмники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции.

Продолжительный режим – это режим работы электроприёмника столь длительное время, что превышение температуры нагрева всех его частей над температурой окружающей среды достигает практически установившегося значения.

В данном цехе на предприятии используются электроприёмники второй и третьей категории.

Электроприемники второй категории – это потребители, перерыв в электроснабжении, которых приводит к массовым недоотпускам продукции, массовым простоям рабочих механизмов.

Электроприемники третьей категории – это потребители не подходящие под определение электроприемников второй и первой категории, перерыв в электроснабжении которых не превышает одних суток.

Для данных потребителей применяют одно или двух трансформаторные подстанции, которые резервируются при помощи складскового или передвижного резерва с допустимым перебоем электроснабжения на время необходимое для включения резервного действия дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Питание по одной высоковольтной линии при обеспечении возможности аварийного ремонта этой линии за сутки.

Электроснабжение цеха получает от цеховой трансформаторной подстанции 10/0.4 кВ расположенной на территории цеха. Цеховая ТП получает электроснабжение от ГПП завода по кабельной линии. Все электроприёмники в данном цехе являются 2 категории. Количество смен 2. Токарный цех расположен в зоне умеренного климата температура внутри цеха +32С. Цех расположен на супеси с температурой -8С.

Таблица 1 – Исходные данные

Электрические нагрузки систем электроснабжения определяют для выбора мощности трансформаторов, мощности и места подключения компенсирующей установки (КУ), выбора и проверки токоведущих элементов по условию допустимого нагрева, подсчета потерь напряжения и выбор аппаратов защиты.

Для каждой группы определяем установленную мощность:

Станки:

,                                               

где  - номинальная мощность на валу электродвигателя, кВт

Таблица 2 – Распределение нагрузки

2.1 Коэффициенты использования

Из справочной литературы для каждой группы электроприемников находятся коэффициенты использования, мощности и рассчитываем .

,  

где  - коэффициент мощности

Таблица 3 – Ки ,,  электроприемников

2.2 Средняя реактивная и активная мощность

Вычисляем среднюю активную Рсм, кВт, и реактивную Qсм, кВАр, мощности за максимально загруженную смену для каждой группы электроприемников:

;                                                

Q,                                                  

где Ки - коэффициент использования активной мощности;

Рн - номинальная активная мощность электроприемника, кВт;

n - число электроприемников в группе.

Станки:

ШР 1

ШР 2

2.3 Суммарная мощность

Определяем суммарные мощности Рсм, кВт, Рн, кВт, Qсм, кВАр, для каждого участка (ШР 1, ШР 2) и количество электроприемников на каждом из них:

ШР 1:

ШР 2:

2.4 Коэффициент использования

Определяем усредненный групповой коэффициент использования для каждого участка:

,                                           

где  - суммарная установленная активная мощность, кВт.

ШР 1:

ШР 2:

2.5 Силовая сборка и количество станков

Определяем величину m для каждого участка и рассчитываем nэ:

,                                                 

где  - номинальная мощность наибольшего электроприемника группы, кВт;

 - номинальная мощность наименьшего электроприемника группы, кВт.

ШР 1:

Т.к. , Рн=const

то эффективное число приемников определяется по выражению:

 - неопределено

ШР 2:

электроснабжение проводник магистральный мощность

Т.к. , Рн=const

то эффективное число приемников определяется по выражению:

где  -удвоенная суммарная номинальная мощность, кВт.

2.6 Коэффициент максимума

По значениям nэ и Ки находим Км из справочника:

ШР 2: Км = 1,60

ШР 1:

2.7 Определяем активную Рр, кВт, реактивную Qр ,кВАр, и полную Sр, мощность, кВА.

                                            (1)

                                        (1)

                                         (1)

где Км – коэффициент максимума;

 - суммарная сменная активная мощность участка, кВт;

 - суммарная сменная реактивная мощность участка, кВАр.

;(кВт)

(кВАр)

(кВА)

ШР 2

2.8 Расчет дополнительного оборудования

2.9 Средняя реактивная и активная мощность

Вычисляем среднюю активную Рсм, кВт, и реактивную Qсм, кВАр, мощности за максимально загруженную смену для каждой группы электроприемников:

2.10 Суммарная мощность

Определяем суммарные мощности Рсм, кВт, Рн, кВт, Qсм, кВАр, ) и количество электроприемников для дополнительного оборудования:

2.11 Определяем коэффициент использования для дополнительного оборудования

2.12 Определяем величину m и расчитываем nэ

Т.к.  Рн=const, то эффективное число приемников определяется по выражению:

Где Pн.нб-величина максимальной мощности электроприемника

2.13 По значениям nэ и Ки находим Км из справочника

Км = 1,34

Определяем активную Рр, кВт, реактивную Qр ,кВАр, и полную Sр, кВА:

3. Выбор проводников и аппаратов защиты

Расчетный ток определяется по формуле:

,                                         (2)

где Рн - номинальная мощность двигателя, кВт;

Uн – номинальное напряжение, кВ;

 - коэффициент мощности;

 - номинальный КПД двигателя.

Станки:

ШР 1

ШР 2

Для ШР1, ШР2:

,                                                        (2)

где - полная мощность участка (ШР 1, ШР 2 ,ШРобщ. ), кВА;

- номинальное напряжение сети, В.

ШР 1:

ШР 2:

ШРобщ.:

(кВА)

Так как температура среды цеха +170 и является нормальной, то из справочника выбирается поправочный коэффициент: Кт = 1,05. Определяем допустимый ток нагрузки с учетом поправки на температуру:

,                                                         (2)

где Кт – температурный коэффициент;

- ток выбранный по справочнику, А.

Определяем длительный ток, выбираем токопровод и проверяем его по длительному току с поправкой на температуру среды:

Таблица 4 –Выбор марки и сечения токопровода

3.1 Выбор марок и сечения шинопровода

Сечение шин выбирают по нагреву длительно-допустимым максимальным током нагрузки из условия:  

,                                                    

 ,                                                     

 ,                                                    

где - номинальное напряжение шинопровода, В;

- номинальное напряжение сети, В;

- длительно-допустимый ток нагрузки шинопровода, А;

- максимальный рабочий ток, А;

- номинальный ток шинопровода, А.

ШР 1:

380=380;

16001300,71;

13201300,71

Выбираем по справочнику шинопровод марки ШМА4-1600-44-1У3 сечением 80X8 мм

ШР 2:

380=380;

630526,25

630526,25

Выбираем по справочнику шинопровод марки ШМА4-630-44-1У3 сечением 50X5 мм

ШРцеха.:

380=380;

25001826,96

20701826,96

Выбираем по справочнику шинопровод марки ШМА4–2500-44-1У3 сечением 120x10 мм

3.2 Выбор защитной аппаратуры

Защиту и коммутацию цеховых сетей осуществляют автоматически: включателями, предохранителями и рубильниками.

Более совершенная коммутация получается, если применяются автоматические выключатели, снабжённые максимальной защитой. Эти аппараты многократного действия снабженные устройствами выдержки времени и обеспечивают избирательное действие защиты.

Условия выбора автоматических выключателей:

;                                                                   (1)

;                                                                    (1)

,                                                                          (1)

где - номинальное напряжение выключателя, В;

- номинальное напряжение установки (электроприемника), В;

- номинальный ток выключателя, А;

- номинальный ток установки (электроприемника), А;

- ток теплового расцепителя автоматического выключателя, А.

Для групп 1-3,

380=380

160,00>100,38

160,00>125,48

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-33

Для групп 4-6,

380=380

160,00>100,38

160,00>125,48

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-33

Для групп 7-9,

380=380

100,00>41,27

63,00>51,59

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51Г-31

Для групп 10-12,

380=380

100,00>68,64

100,00>85,80

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-31

Для групп 13-15,

380=380

100,00>68,64

100,00>85,80

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-31

Для групп 16-18,

380=380

400>200,75

320>250,94

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-37

Для групп 19-21,

380=380

100,00>56,28

80,00>70,35

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-31

Для групп 22-24,

380=380

100,00>56,28

80,00>70,35

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-31

Для групп 25-27

380=380

100,00>41,27

63,00>51,59

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51Г-31

Для групп 28-30,

380=380

20,00>15,14

20,00>18,93

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-35

Для всего цеха:

380=380

2500,00>1907,19

2500,00>1525,75

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА53-45

КП 1806.02.17.ПЗ

5. Выбор компенсирующих устройств

5.1 Определяется фактический

,                                                           (2)

где - реактивная мощность участка, кВАр,

- активная мощность участка, Вт.

ШР 1:

, >

1,17 > 0,33

ШР 2:

,          >

0,78 > 0,33

Так как > , то необходимо определить расчетную мощность компенсирующего устройства, кВАр.

,                                      (2)

ШР 1:

ШР 2:

По справочной литературе (2) выбираем компенсирующее устройство на мощность:

,                                                          (2)

где - мощность компенсирующего устройства, кВАр;

- расчетная мощность компенсирующего устройства, кВАр.

ШР 1:

500,00> 467,21

Выбираем 2 компенсирующих устройства марки: УКН– 0,38 –300, УКБН– 0,38 –200-50У3.

ШР 2: 200,00> 182,25

Выбираем компенсирующее устройства марки: УКБН-0,38-200-50УЗ

Определяем действительную реактивную мощность после компенсации:

,                                                    (2)

ШР 1:

ШР 2:

Определяем действительное значение  после компенсации

,                                                            (2)

ШР 1:

Так как , то компенсирующее устройство выбрано верно

ШР 2:

Так как то компенсирующее устройство выбрано верно

Определяем полную мощность после компенсации

Sрд ,                                                        (2)

где - реактивная мощность после компенсации, кВАр

ШР 1:

Sрд

ШР 2:

Sрд

Когда определена мощность КУ при равномерно распределённой нагрузке по токопроводу, то точка присоединения КУ определяется оптимальными расстояниями от ТП до места установки КУ из условия максимума потерь в токопроводе:

где L0 – длина магистральной части шинопровода, м;

L1 – длина распределительной части шинопровода. м;

Qку – мощность выбранного компенсирующего устройства, кВАр;

Qр – суммарная реактивная мощность потребителя, кВАр.

ШР 1:

ШР 2:

После выбора компенсирующего устройства проводим технико-экономический расчет:

Определяем стоимость потерь КУ:

,                                                       (2)

где =0,0045 – удельные потери активной мощности, кВт/кВАр;

=4500 – годовое число часов работы цеха, час;

=1,20 – стоимость 1кВт час электроэнергии, руб

ШР 1:

ШР 2:

Определяем стоимость амортизационных отчислений:

,                                                    (2)

где =0,223 – коэффициент амортизационных отчислений;

=0,125 – годовые капитальные затраты, руб

ШР 1, ШР 2:

Годовые затраты на содержание и эксплуатацию КУ:

,                                         (2)

где - коэффициент приведенных затрат, руб/кВАр

ШР 1:

ШР 2:

Годовая экономия:

,                                                    (2)

где =0,12 - экономический коэффициент

ШР 1:

ШР 2:

Рассчитываем и выбираем автоматический выключатель для компенсирующего устройства:

,                                                                           (1)

ШР 1:

380 = 380;

1000,00 >;1000,00

1000,00 >759,67

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА55-41

ШР 2:

380 = 380;

400,00>400,00

400,00 >303,87

Так как все условия соблюдены, выбираем по справочнику автоматический выключатель серии ВА51-37

Выбираем измерительный трансформатор тока

Измерительный трансформатор тока в электроустановках используется

,                                                         

,                                                            

где  - номинальное напряжение измерительного трансформатора тока, кВ;

 - номинальный первичный ток, А;

 - номинальный расчётный ток участка, А.

ШР1

0,380,38

800759,67                                                      

следовательно выбираем измерительный трансформатор тока марки

ТНШA – 0,66 – 800

ШР2

0,380,38

400303,87

следовательно выбираем измерительный трансформатор тока марки

ТНШA – 0,66 – 400

6. Выбор и расчет силовых трансформаторов

Номинальная мощность одного трансформатора выбирается по справочнику , исходя из неравенства:

,

где - мощность трансформатора, кВА;

- расчетная мощность трансформатора, определяется с учетом перегрузочной способности, кВА.

Наличие перегрузки зависит от особенностей графика нагрузок, который характеризуется коэффициентом заполнения графика:

,                                                  

где =0,70 - коэффициент заполнения графика;

- расчетная мощность трансформатора тока, кВА, определяется по формуле:

,

где - полная мощность цеха, кВА;

=0,75 - коэффициент загрузки

;

2500>2290,41

Так как условия выполнены выбираем силовой трансформатор марки ТМ – 2500/6-10.

Данные трансформатора ТМ – 2500/6-10:

Sн =2500(кВА) – номинальная мощность;

U1 =6-10 (кВ) – первичное напряжение;

U2 = 0,4 (кВ) – вторичное напряжение;

∆Рх-х =4,6 (кВт) – мощность потерь холостого хода;

∆Рк.з = 25 (кВт) – мощность потерь короткого замыкания;

uк = 5,50% – напряжение короткого замыкания;

Iх-х = 1,0 0% – ток холостого хода.

6.1 Проводим технико-экономический расчет

Определяем приведенные потери мощности трансформатора:

где = 0,70 – коэффициент загрузки графика;

- потери в меди (к.з), кВт; - потери в стали (х.х), кВт

;

Определяем энергию потерь за год

где - время использования, час

Определяем стоимость потерь:

где - стоимость электроэнергии, руб.

Капитальные затраты, равны стоимости трансформатора:

Определяем стоимость амортизационных отчислений:

где - экономический коэффициент

Определяем суммарные годовые эксплуатационные затраты:

Определение величины допустимых потерь напряжения

Выбранные по длительно допустимому току сечения проводников проверяем на потерю напряжения.

Расчёт выполняется для одного звена схемы - для участка собственно линии, без учёта трансформатора в схеме.

Расчёт проводится для обоих шинопроводов по формуле:

,           (2)

где - номинальное напряжение, кВ;

 - активное сопротивление на фазу шинопровода, Ом/км;

 - реактивное сопротивление на фазу шинопровода, Ом/км;

 - мощность первого электроприёмника, кВт;

 и  - - суммарная мощность ответвления в заданной точке, кВт;

 - длины участков, км.

ШР 1:

[

] =4(%)

ШР 2:

[+

] =1,6(%)

В нормальных режимах работы с учётом возможности регулирования напряжения на цеховой подстанции, потеря в силовой сети до 1000 (В) не должна превышать 10 % от номинального напряжения согласно ПУЭ.

Для ШР 1 потеря напряжения составляет 4 %, для ШР 2 – 1,6 %, что соответствует допустимым значениям. Значит сечение токопроводов выбрано верно.

7. Расчет токов короткого замыкания

Принимается, что напряжение на шинах 10 (кВ) цеховой трансформаторной подстанции неизменно; сопротивление от источника питания до шин подстанции не учитывается.

7.1 Определяем активное и индуктивное сопротивление трансформатора

                                                      (1)

                                     (1)

где - мощность потерь короткого замыкания, кВт;

- базовое напряжение, В;

- мощность трансформатора, Ква

7.2 Сопротивление токовой катушки автоматического выключателя на цех

- активное сопротивление токовой катушки;

- реактивное сопротивление токовой катушки;

- переходное сопротивление контактов.

7.3 Сопротивление шин до щита 0,4 (кВ)

                                                            (1)

                                                           (1)

где - активное сопротивление шины;

- реактивное сопротивление шины;

- длина шин от трансформатора до щита 0,4(кВ).

7.4 Определяем сопротивление магистрального шинопровода

                                                (1)

                                                        (1)

где - активное сопротивление на фазу;

-реактивное сопротивление на фазу;

- длина магистрального шинопровода

7.5 Сопротивление токовой катушки автоматического выключателя на ШР1

- активное сопротивление токовой катушки;

- реактивное сопротивление токовой катушки;

- переходное сопротивление контактов

7.6 Определяем сопротивление распределительного шинопровода

                                                           (1)

                                                          (1)

где - активное сопротивление на фазу;

-реактивное сопротивление на фазу;

- длина распределительного шинопровода

7.7 Определяем результирующее сопротивление

                               (1)

                                 (1)

где - активное сопротивление трансформатора, мОм;

- активное сопротивление токовой катушки, мОм;

- переходное сопротивление контактов, мОм;

- сопротивление шины до щита 0,4 (кВ), мОм;

- активное сопротивление магистрального шинопровода, мОм;

- активное сопротивление распределительного шинопровода, мОм;

- реактивное сопротивление трансформатора, мОм;

- реактивное сопротивление токовой катушки, мОм;

- реактивное сопротивление шины до щита 0,4 (кВ), мОм;

- реактивное сопротивление магистрального шинопровода, мОм;

- реактивное сопротивление распределительного шинопровода, мОм.

Определяем ток КЗ от источника:

                                             (1)

Определяем ударный ток системы:

                                                  (1)

где - ударный коэффициент, определяется по графику

,

следовательно выбираем

Определяем апериодическую составляющую:

                          (1)

где - ток первого двигателя, кА

- мощность первого двигателя, кВт;

- номинальное напряжение первого двигателя, В;

- коэффициент мощности первого двигателя;

- КПД первого двигателя.

Определяем ударный ток от электродвигателей:

                                                        (1)

Определяем токи КЗ в точке короткого замыкания:

                                                      (1)

                                                 (1)

где - ток КЗ от источника;

- апериодическая составляющая;

- ударный ток системы;

- ударный ток от электродвигателей.

Заключение

В данном курсовом проекте по дисциплине Электрическое снабжение отрасли на тему «Расчет электрической сети электромонтажного цеха» сделан и обоснован выбор типов двигателей по условию технологического задания. Выписаны их паспортные данные, произведено определение расчетных нагрузок исходя из мощности и числа механизмов с учетом Ки и Км. Так же осуществлен выбор проводников и шинопроводов.

Произведен выбор компенсирующего устройства, рассчитаны потери напряжения. Произведен расчет мощности силового трансформатора, а так же трансформатора тока для всего цеха и компенсирующего устройства.

Выполнена графическая часть курсового проекта.

Мною были приобретены навыки со справочной и нормативно-технической литературой.

Список литературы

1 Л.Л Коновалов Л.Д Рожкова «Электроснобжение промышленых предприятий и установок» Москва энергоатомиздат 1989г.

2 В.П Шеховцов «Расчет и проиктирование схем электроснобжения.Методическое пособие для курсового проектирования.» Москва ФОРУМ-ИНФРА-М 2005г.

3 Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М. Высшая школа, 1990 г.