КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И РЕЖИМЫ»

Тема: «Расчет электроснабжения цеха»

 

 

Содержание

 

Введение

Исходные данные

1 Расчетно-техническая часть

1.1 Выбор схемы электроснабжения цеха

1.2  Расчет электрических нагрузок цеха методом коэффициента   максимума

1.3 Выбор компенсирующего устройства.

1.4 Выбор сечения проводников внешнего и внутреннего электроснабжения цеха

1.5 Выбор мощности силового трансформатора

1.6 Проверка линий по потерям напряжения.

1.7 Выбор аппаратов защиты

1.8 Расчет токов короткого замыкания.

2. Расчет заземляющего устройства цеха

Заключение

Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

Введение

Электроэнергетика – отрасль промышленности, занимающая производством электроэнергии на электростанциях и передачей ее потребителям. Она является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики России невозможно без постоянно развивающейся энергетики. Энергетическая промышленность тесно связана с комплексом топливной промышленности.

Российская энергетика – это более 600 тепловых, свыше 100 гидравлических и 9 атомных электростанций. Ежегодно ими вырабатывается свыше 1 триллиона кВт/ч электроэнергии и более 1 миллиарда Гкал тепла. Общая длина линий электропередач превысила 2,5 млн. километров.

Целью моего курсового проекта является обеспечить качественной, надежной электроэнергией механический цех, хлопчатобумажного комбината,  добиться своевременной подачи ее на электроприемники. Как можно больше обезопасить человека от повреждения током, также оборудование от токов короткого замыкания. 

Исходные данные

Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта и настройки электромеханических приборов, выбывающих из строя.

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два участка, в которых установлено необходимое для ремонта оборудования: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и пр.

РМЦ получает электроснабжение (ЭСН) от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до цеховой ТП – 0,9 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП – 14 км. Напряжение на ГПП – 6 и ** кВ.

Количество рабочих смен – 2. Потребители цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН. Грунт в районе РМЦ – чернозем с температурой 20 ⁰С. Каркас здания цеха смонтирован из блоков-секций длиной 6 м каждый.

Размеры цеха АхВхН=48х28х9м.

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования РМЦ дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного оборудования показано на плане (рисунок 1).

Таблица 1- Перечень ЭО ремонтно-механического цеха

№ на плане	Наименование	Вариант	примечание
		2
		Рэп, кВт
1, 2	Вентиляторы	55
3…5	Сварочные агрегаты	14	ПВ=40%
6…8	Токарные автоматы	10
9…11	Зубофрезерные станки	20
12…14	Круглошлифовальные станки	5
15…17	Заточные станки	1,5	1-фазные
18, 19	Сверлильные станки	3,4	1-фазные
20…25	Токарные станки	12
26, 27	Плоскошлифовальные станки	17,2
28…30	Строгальные станки	4,5
31…34	Фрезерные станки	7,5
35…37	Расточные станки	4
38,39	Краны мостовые	30	ПВ=60%

Рисунок 1 – План расположения ЭО ремонтно-механического цеха

 

1 Расчетно-техническая часть

1.1 Выбор схемы электроснабжения цеха

Распределение электроэнергии на низшей ступени во многом зависит от схемы питания электроприемников. При выборе схемы электрической сети для питания электрооборудования цеха рассматривают ее коммутационную гибкость, надежность питания, экономичность, а также возможность применения индустриальных методов монтажа электрической сети.

Рисунок 1 – Схема электроснабжения.

1.2 Расчет электрических нагрузок цеха методом коэффициента   максимума 

Производим расчет для распределительного пункта 3.

Определяем коэффициент использования электроприемников (К_и), он определяется на основании опыта эксплуатации [1] и заносим в таблицу 2.

Определяем cos и tg электроприемников [1] и заносим в таблицу 2.

Производим расчет силовой сборки распределительного пункта 3 и заносим в таблицу 2.

(1)

где  m –показатель силовой сборки;

     Р_н.нб  -мощность наибольшего приемника, кВт;

     Р_н.нм  -мощность наименьшего приемника, кВт.

Определяем среднюю мощность и заносим в таблицу 2

(2)

где Р_см- средняя мощность потребителей, кВт;

       К_и- коэффициент использования;

       Р_н∑- общая мощность потребителей, кВт.

 кВт

По анелогии расчитываем среднюю мощность электроприемников и заносим в таблицу 2.

Определяем среднюю реактивную мощность потребителей и заносим в 10 колонку

(3)

где  Q_см- средняя реактивная мощность потребителей, квар;

        Р_см- средняя мощность потребителей, кВт;

       Tg- коэффициент реактивной мощности.

 кВар

По аналогии производим расчет средней реактивной мощности электроприемников и заносим в таблицу 2.

Определяем эффективное число электроприемников и заносим в таблицу 2

(4)

где  n_э - число электроприемников;

      n – число электроприемников.

. 

Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования для распределительного пункта 3 и заносим в таблицу 2

(5)

Определяем максимальную мощность распределительного пункта 3 результат заносим в 15 колонку 

(6)

где Р_м – максимальная мощность, кВт;

     К_м – коэффициент максимума активной мощности;

 кВт

Определяем максимальную реактивную мощность распределительного пункта 3 и заносим в таблицу 2

(7)

где  Q_м – максимальная реактивная мощность, кВар;

       -коэффициент максимума;

     Q_см – средняя реактивная мощность потребителей, кВар.

 кВар

Определяем полную максимальную мощность распределительного пункта 3 и заносим в таблицу 2

(8)

где S_м –полная максимальная мощность, кВА.

 кВА

Определяем ток на распределительном пункте 3, результаты заносим в 18 колонку

(9)

где  S_м – полная максимальная мощность распределительного пункта, кВА;

     U_л – напряжение линии, В;

Аналогичным способом производим расчеты для всех распределительных пунктов и ШМА. Результаты заносим в таблицу 2.

 

 

 

 

Таблица 2- Сводная ведомость нагрузок по цеху.

Наименование	Нагрузка установленная							Нагрузка средняя за смену				Нагрузка максимальная
	Pн, кВт	n	Рн.∑ кВт	Ки	cosϕ	tgϕ	m	Pсм кВт	Qсм квар	nэ	Км	Рм кВт	Qм квар	Sм кВ∙А	Iм А
РП1 Токарные автоматы	10	3	30	0,14	0,5	1,73		4,2	7,27
Зубофрезерные станки	20	3	60	0,14	0,5	1,73		8,4	14,55
Круглошлифовальные станки	5	3	15	0,14	0,5	1,73		2,1	3,64
Всего по РП1		9	105	0,14	0,5	1,73	4	14,7	25,46	7	2,48	36,46	28,01	45,97	69,85
РП2 Строгальные станки	4,5	3	13,5	0,14	0,5	1,73		1,89	3,27
Фрезерные станки	7,5	2	15	0,14	0,5	1,73		2,1	3,64
Всего  по РП2		5	28,5	0,14	0,5	1,73	3	3,99	6,91	4	3,11	12,41	7,6	14,55	22,11
РП3 Расточные станки	4	3	12	0,14	0,5	1,73		1,68	2,91
Фрезерные станки	7,5	2	15	0,14	0,5	1,73		2,1	3,64
Всего по РП3		3	27	0,14	0,5	1,73	3	3,78	6,55	4	3,11	11,76	7,2	13,79	20,95
РП5 Сверлильные станки	3,4	2	6,8	0,14	0,5	1,73		0,95	1,65
Токарные станки	12	6	72	0,14	0,5	1,73		10,08	17,46
Заточные станки	17,2	2	34,4	0,14	0,5	1,73		4,82	8,34
Всего по РП5		10	113,2	0,14	0,5	1,73	5	15,85	27,45	8	2,31	36,61	30,19	47,45	72,1
РП4 Расточные станки	1,5	3	4,5	0,14	0,5	1,73		0,63	1,09	3	2,5	1,58	1,2	1,98	3,01
ШМА  Сварочные агрегаты	8,85	3	26,56	0,35	0,5	1,73		9,3	16,1
Вентиляторы	55	2	110	0,7	0,8	0,75		77	57,75
Краны мостовые	23,24	2	46,48	0,1	0,5	1,73		4,65	8,05
Всего по ШМА		7	183,04	0,497	0,74	0,9	6	90,95	81,9	4	1,4	127,32	90,09	155,97	236,98
ЩО			4	1	0,92	0,4		4	1,6			4	1,6	4,31
ЩОА			2,5	1	0,92	0,4		2,5	1			2,5	1	2,69
Всего по ШНН								136,4	152,0			232,63	166,9	286,31	435,0
потери												2,33	16,69	16,85
Всего по ВН												134,95	183,59	298,17

1.3 Выбор компенсирующего устройства.

Компенсирующие устройства в электрической системе, предназначены для компенсации реактивных параметров сетей и реактивной мощности, потребляемой нагрузками и элементами электрической системы. максимальную реактивную мощность, потребляемую цехом. В качестве компенсирующих на ЛЭП используются продольно включаемые батареи электрических конденсаторов, а также поперечно включаемые электрические реакторы и синхронные компенсаторы которые устанавливаются на концевых или промежуточных подстанциях ЛЭП. Эти устройства предназначены для увеличения пропускной способности электрической линии и улучшения технико-экономических показателей работы ЛЭП (снижения потерь активной мощности, обеспечения требуемых значений напряжения при различных нагрузках и др.).

Определяем потребляемое количество реактивной мощности цеха, кВар,

Qр=Pр∙tg

(11)

где Q_р - реактивная мощность, кВар;

Q_p=166,9 кВар

Определяем требуемое из сети количество реактивной мощности для цеха, кВар,

Q’p=Pp∙tg2

(12)

где Q’_p – требуемая реактивная мощность, кВар.

Q’_p=232,63∙0,3=66,8 кВар

Определяем мощность компенсирующего устройства цеха, кВар,

Qky=Qpц-Q’p

(13)

где Q_ky - мощность компенсирующего устройства, кВар;

Q_ky=166,9-66,8=100,1 кВар

Производим выбор компенсирующего устройства из каталога компенсирующих устройств.

Выбираем УКМ63-0,4-100-25УЗ.

Определяем действительное потребления реактивной мощности из сети, кВар,

=Qрц-Qkуц

(14)

где   Q_рц – расчетная реактивная нагрузка цеха, кВар;

=166,9-100=66,9 кВар

Определяем действительный cos₂ цеха

(15)

где - активная мощность цеха, кВт;

Переводим  в cos₂ 

tg0,3=cos0,95.

Определим полную мощность, передаваемую по линии после установки КУ, кВА,

=

(16)

где  полная мощность линии, кВА;

 кВА

1.4 Выбор сечения проводников внешнего и внутреннего электроснабжения цеха

Определяем величину тока, проходящего по линии, А

(17)

где  - ток, проходящий по линии, А;

Определяем экономическое сечение проводов кабельной линии, мм² 

(18)

где   I_p - расчетный ток линии, А; 

j_эк- экономичная плотность тока, для кабельных линий j_эк=1,2 А/мм²,

        n- число кабелей;

По справочной литературе [2] выбираем сечение кабеля исходя из условия 
I_р ≤ I_доп; Результаты заносим в таблицу 5

14,7 ≤ I_доп;

Выбираем кабель ААБ-3х16.

Аналогично производим расчет токов и выбор кабелей и проводов. результаты заносим в таблицу 3.

Таблицу 3-Сводная ведомость сечения проводов.

Позиция	iрас,А	сечение и марка	Iдоп, А
кабельная линия до трансформатора	14,7	ААБ-3×16	75
от тр-ра до ШМА	514	ШМА5-630	630
до РП1	74,6	ААГ-4×25	75
до РП2	74,1	ААГ-4×25	75
до РП3	167,6	ААГ-4×120	200
до РП4	8,7	ААГ-4×10	45
до РП5	42,9	ААГ-4×10	45
от РП1 до:
18	30,4	АПР-4×8	75
17,19	91,2	АПР-4×50	120
27…29	22,8	АПР-4×4	23
от РП2 до:
20	136,9	АПР-4×70	140
21…26	30,4	АПР-4×8	37
от ПР3 до:
30…33	91,2	АПР-4×50	120
37,38	67,2	АПР-4×25	70
от РП4
34,35,36	27,3	АПР-4×6	30
39,40	8,5	АПР-4×2	15
41,42	13,6	АПР-4×2	15
от ПР5 до:
43…50	38	АПР-4×10	39

1.5 Выбор мощности силового трансформатора

В системах электроснабжения промышленных предприятий главные понизительные и цеховые подстанции используют для преобразования и распределения электроэнергии, получаемой обычно от энергосистем. 

На всех подстанциях для изменения напряжения переменного тока служат силовые трансформаторы различного конструктивного исполнения, выпускаемые в широком диапазоне номинальных мощностей и напряжений. Выбор трансформатора заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, а также группы и схемы соединения.

Определяем мощность силового трансформатора, кВА.

(19)

где  - мощность силового трансформатора, кВА;

        Р_ср - средняя нагрузка предприятия, кВт;

        n-число трансформаторов;

        Bm - коэффициент загрузки.

По расчетной мощности принимаем стандартную мощность, тип трансформатора. 

Принимаем ТМГ-160.

Определяем необходимую мощность силовых трансформаторов в период загрузки расчетной максимальной мощности,

(20)

Определяем максимальную систематическую загрузку трансформатора в нормальном режиме Вт [2].

Загрузка трансформатора расчетной максимальной мощности в нормальном режиме составит,

(21)

Проверяем условие нормальной работы трансформатора при условии 

1,63 > 0,92

Условие выполняется, значит, принимаем трансформатор мощностью- 
160 кВА.

Таблица 4 - Технические характеристики заносим в таблицу 

Тип	Sн,МВа	Uв/Uн, кВ	PххкВт	Pкзк, Вт	Uк, %
ТМГ-160	160	10/0,4	610	3850	4,0
ТМГ-160	160	10/0,4	610	3850	4,0

1.6 Проверка линий по потерям напряжения.

(22)

где  - потери напряжения;

        Р_р - мощность проходящая по проводу;

        L- длина линии;

        - индуктивное сопротивление;

      - активное сопротивление.

ПТ до РП3

;

 РП3 до 38 приемника

;

Определяем общие потери, которые не должны превысить 6%

(23)

 РП3 до 33 приемника

;

Определяем общие потери, которые не должны превысить 6%

1.7 Выбор аппаратов защиты

Таблица 5 - Технические характеристики заносим в таблицу

РП		Электроприемники					Аппараты защиты			Линия ЭСН
тип	In, А	№ пп	Наименование	n	Pн,, кВт	In, А	тип	Inа, А	Inр, А	марка	Iдоп, А	L, м
ПР85-301055 на вводе ВА 51-33	160	6-8	Токарные автоматы	1	10	30,4	ВА 51-31	100	40	АПР 4*10	37	5
		9-11	Зубофрезерные станки	1	20	60,8	ВА 51-31	100	80	АПР 4*25	70	3
		12-14	Круглошлифовальные станки	1	5	15,2	ВА 51-31	100	16	АПР 4*4	23	6,6
ПР85-301067 на вводе ВА51-33	160	28-30	Строгальные станки	1	4,5	13,7	ВА 55-31	160	16	АПР 4*4	23	9,4
		31,33	Фрезерные станки	1	7,5	22,8	ВА 51-31	100	16	АПР 4*4	23	11,4
ПР85-301067 на вводе ВА51-33	160	35-37	Расточные станки	1	4	12,2	ВА 51-31	100	16	АПР 4*4	23	6,8
		32,34	Фрезерные станки	1	7,5	22,8	ВА 51-31	100	16	АПР 4*4	23	4,5
ПР85- 301051 на вводе ВА 51-33	160	18,19	Сверлильные станки	1	3,4	10,3	ВА 51-31	100	16	АПР 4*4	23	9,6
		20-25	Токарные станки	1	12	36,5	ВА 51-31	100	40	АПР 4*10	37	9
		26,27	Плоскошлифовальные станки	1	17,2	52,3	ВА 51-31	100	63	АПР 4*25	70	1
ПР85 -301067 на вводе ВА 51-33	160	15-17	Расточные станки	1	4,5	4,6	ВА 51-31	100	16	АПР 4*4	23	10,3

1.8 Расчет токов короткого замыкания.

Строим схему замещения

Рисунок 2 – Схема замещения

 

Определяем сопротивление элементов и наносим на схему замещения.

Для системы

	(24)
	(25)

где   Х_c - индуктивное сопротивление системы, мОм;

  х₀- индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км;

  L – длина кабеля, км;

      R_c – активное сопротивление системы, мОм;

r₀- активное сопротивление кабеля, Ом/км.

,

.

Приводим к низкому напряжению, мОм

	(26)
	(27)

где  Uнн - напряжения низкое, кВ

      Uвн - напряжения высокое, кВ;

 мОм

 мОм

для трансформатора, по таблице [3, с. 61] 

R_Т=5,5 мОм              Х_Т=17,1 мОм                Z_Т=195 мОм

Для автоматических выключателей, по таблице [3, с. 61]

2SF

R_2SF=0,1мОм;

X_2SF=0,1мОм;

Ru_2SF=0,15 мОм;

SF6

R_SF6=0,15 мОм;

X_SF6=0,17 мОм;

Ru_SF6=0,4 мОм;

Для кабельных линий, мОм

	(28)
	(29)

 где  R_кл- активное сопротивление кабельной линии, мОм;

        r₀- активное сопротивление кабеля, Ом/км;

        Х_кл- индуктивное сопротивление кабельной линии, мОм;

        Х₀- индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.

 Для ступеней распределения сопротивление определяем по таблице [3, с.62].

R_c1=15 мОм  R_c2=25 мОм.

Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ, мОм

	(30)
	(31)

где:  - активное сопротивление системы;

  - активное сопротивление трансформатора;

   - сопротивление ступени распределения;

 - сопротивление трансформатора;

  - индуктивное сопротивление системы;

; мОм

; мОм

	(32)
	(33)

мОм

	(34)
	(35)

 где Z_К1 , Z_К2 – полное сопротивление, мОм;

        R_К1, R_К2- активное сопротивление, мОм;

        Х_К1, Х_К2- индуктивное сопротивление, мОм.

 мОм

мОм

Определяет коэффициент К_у [3, с. 59] и q

	(36)
	(37)

где:  -активное сопротивление, мОм;

      -индуктивное сопротивление, мОм;

                       .        К_у=1,06

Аналогично проводим расчет для КЗ2, расчет заносим в свободную ведомость.

 

 

 

 

Таблица 7 – Сводная ведомость

Точки кз	Rк, мОм	Хx, мОм	Zк, мОм		Ку	q	кА	Iу,  кА
К1	25,5	17,4	30,8	0,68	1,06	1	4,24	6,33
К2	51,6	17,7	54,5	0,34	1,03	1	4,03	5,85

 

Определяем 3-фазные токи КЗ, расчет заносим в свободную ведомость, кА

(38)

 где:  - напряжение номинальное, В;

       - сопротивление, мОм.

 Определяем токи ударные, кА

(39)

 где i_УК1 – ток ударный, кА; 

       К_У1 – коэффициент ударный;

       I_К1 – 3-фазный ток, кА.

.

Аналогично рассчитываем для КЗ2, расчет заносим в свободную ведомость.

2. Расчет заземляющего устройства цеха

Выбираем план размещения заземления устройство подстанции и подсчитать периметр контура заземления.

 

 

 

в

 

 

 

а

Рисунок 3-периметр контура заземления

P=2(а+2)+(в+2)

(40)

где  Р - периметр, м;

     а – длина, м;

     в - ширина, м;

P=2(10+2)+(11+2)=50м

 Принимаем вертикальные заземлители, стальные трубы диаметром 60 мм, длинной 3 метра. Для соединения вертикальных заземлений принимаем стальные полосы, размером 40*4 мм.

 В соответствии с требованиями правил установки электрооборудования сопротивление заземляющего устройства для высокого и низкого напряжения не должно превышать 4 Ом.

 Определяем расчетное сопротивление грунта для вертикального заземлителя и горизонтальной полосы

(41)

где  - удельное сопротивление грунта при нормальной влажности [2];

     К_сез=1,45÷1,3 - коэффициент сезонности для вертикального заземлителя;

     К_сез=3,5÷2,5 - коэффициент сезонности для горизонтального заземлителя;

.

Определяем сопротивление одиночного вертикального заземлителя, Ом 

(42)

где   – сопротивление вертикального заземлителя, Ом;

     l – длина стержня, м;

         t -  глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя, м;

         d – диаметр стальной трубы, м.

 Определяем сопротивление одиночного горизонтального заземлителя, Ом

(43)

где l – длина полосы, м;

      b – ширина полосы, м;

      t – глубина заложения. м.

 Определяем ориентировочно необходимое количество вертикальных электродов

(44)

где  – коэффициент экранирования [3] принимается из соотношения а/l и предварительного числа электродов

 Определяем сопротивление горизонтальной полосы, Ом

(45)

 где  – сопротивление горизонтального заземлителя, Ом;

        n_Г = 0,45 – коэффициент использования полосы

 

 Уточняем сопротивление вертикальных заземлителей с учетом соединительной полосы

(46)

 где R_Г – сопротивление горизонтальной полосы, Ом;

 Определяем уточненное количество вертикальных заземлителей

(47)

 где R^в – сопротивление вертикального заземлителя, Ом;

 Определяем действительное сопротивление вертикальных заземлителей, Ом

(48)

 где R^в – сопротивление вертикального заземлителя, Ом;

        η_в – коэффициент экранирования

 Уточняем действительное сопротивление заземляющего контура, Ом.

(49)

Заключение

В курсовом проекте произведены расчеты и сделан выбор электроснабжения ремонтно-механического цеха. Произведены расчеты по выбору схемы электроснабжения цеха, расчет электрических нагрузок цеха, методом коэффициента максимума. Построение суточного графика, выбор компенсирующего устройства на шинах подстанции, выбор сечения проводников внешнего и внутреннего электроснабжения цеха. Выбрана мощность силового трансформатора цеховой подстанции. Произведен расчет заземляющего устройство для цеха. 

Список использованных источников

1.               Сибикин Ю.Д. «Электроснабжение промышленных и гражданских зданий», М. : Издательский центр «Академия», 2007.-368 с.
2.               Коновалова Л. Л., Рожкова Л.Д. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок», М. : Энергоатомиздат, 1989.-528 с.: ил.
3.               Шеховцов В.П. «Расчет и проектирование схем электроснабжения», М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.-214 с., ил.
4.               Федоров А.А., Старикова Л.Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования», М.: Энергоатомиздат, 1987.-320 с.