Электроснабжение электрооборудование ремонтно-механического цеха

В связи с  равномерностью распределения потребителей внутри ремонтно-механического цеха, а также низкой стоимости и  удобстве в эксплутации выбирается магистральная схема питания.

 

2.3 Выбор  рода, напряжения

 

Трёхфазные сети выполняются трёхпроводными на напряжение свыше 1000 В и четырёхпроводными  – до 1000 В. Нулевой провод в четырёхпроводной сети обеспечивает равенство фазных напряжений при неравномерной загрузке фаз от однофазных электроприёмников.

Трёхфазные сети на напряжение 380/220 В (в числители  – линейное, в знаменатели –  фазное) позволяют питать от одного трансформатора трёх – и однофазные установки.

Электрические сети выполняются в основном по системе трёхфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии. При большом количестве однофазных электроприёмников от трёхфазных сетей осуществляются однофазные ответвления. [7, с.9]

 

3. Расчет  электрических нагрузок

 

3.1 Приведение  мощности 3-х фазного электроприёмника  к длительному режиму, для мостовых  кранов:

 

Рн=Рп∙∙cosφ, (4.1)

 

где Рн – номинальная  мощность, приведённая к длительному  режиму, кВт;

Рп – мощность электроприёмника. кВт;

ПВ – продолжительность  включения, относительные единицы;

 

Рн=7,5 кВт.

 

Приводим 1-фазные нагрузки к условиям 3-фазной мощности для вертикально-сверлильных станков:

 

(4.2)

 

где Рф.нб – мощность наиболее загруженной фазы, кВт;

 

Рф.нб=6 кВт.

 

(4.3)

 

Где Рф. нм - мощность наименее загруженной фазы, кВт;

 

Рф.нм=4,5 кВт.

Определяется  величина неравномерности, %:

 

(4.4)

 

где Н – величина неравномерности, %;

 

Н=33%>15%.

 

Ру=3 Рф.нб, (4.5)

 

где Ру – условная 3-фазная мощность (приведённая), кВт;

 

Ру=18 кВт.

 

Для плоско-шлифовальных станков;

 

Рф.нб=9 кВт,

Рф.нм=6,75 кВт,

Н=33%>15%,

Ру=27 кВт.

 

Составляем сводную  ведомость нагрузок по цеху, таблица 2.

Рн – номинальная  мощность электроприёмника, кВт;

n – фактическое  число электроприёмников в группе;

Рн ∑ - сумма номинальных мощностей в группе, кВт;

Ки – коэффициент  использования электроприёмников;

cosφ – коэффициент  активной мощности;

tgφ – коэффициент  реактивной мощности;

m – показатель  силовой сборки в группе;

Рсм – средняя  активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт;

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

Sсм – средняя  максимальная мощность за наиболее  загруженную смену, кВА;

nэ – эффективное  число электроприёмников;

Км – коэффициент  максимума активной нагрузки;

К'м – коэффициент  максимума реактивной нагрузки;

Рм – максимальная активная нагрузка, кВт;

Qм –максимальная  реактивная нагрузка, квар;

Sм – максимальная  полная нагрузка, кВА;

Iм – максимальный  ток, А.

Заполняем таблицу 3. Технические данные электроприёмников

 

Таблица 3 - Технические  данные электроприёмников

 

Наименование  электроприёмника	Рн, кВт	n	Ки	cosφ	tgφ
3-фазный ДР
Электрическая печь сопротивления	45	1	0,75	0,95	0,33
Электрическая печь индукционная	28	2	0,75	0,95	0,33
Электродуговая  печь	55	3	0,75	0,95	0,33
Продольно-строгальные  станки	14	3	0,17	0,65	1,17
Токарно-револьверные станки	8,5	12	0,17	0,65	1,17
Токарный станок	12	1	0,16	0,6	1,33
Расточный станок	9,5	1	0,17	0,65	1,17
Фрезерные станки	4,8	2	0,16	0,6	1,33
Радиально-сверлильные  станки	12,2	2	0,16	0,6	1,33
Вентиляторы	4,5	3	0,6	0,8	0,75
3-фазный ПКР
Краны мостовые	7,5	3	0,1	0,5	1,73
1-фазный ДР
Вертикально-сверлильные  станки	18	2	0,16	0,6	1,33
Плоско-шлифовальные станки	27	3	0,17	0,65	1,77

Порядок расчёта

Все расчёты ведутся в таблице 2. В колонки 1,2,3,5,6,7 вносятся из таблицы 3;

Определяется  сумма активной мощности для каждого  электроприёмника, результаты заносятся  в колонку 4.

 

Рн∑=n∙Рн , (4.6)

 

Определяется  показатель силовой сборки в группе для каждого электроприёмника, результаты заносятся в колонку 8. [1, с. 22]

 

(4.7)

 

где Рн.нб, Рн.нм – номинальные приведённые к  длительному режиму активные мощности наибольшего и наименьшего в  группе, кВт.

Определяются  средние мощности за наиболее нагруженную  смену для каждого электроприёмника и результаты заносятся в колонки 9,10,11 соответственно:

 

Рсм=Ки∙ Рн , (4.8)

Qсм=Рст∙ tgφ, (4.9)

Sсм=, (4.10)

 

Для ШМА определяются: средний коэффициент использования  группы электроприёмников, коэффициент  активной мощности, коэффициент реактивной мощности для каждого электроприёмника и результаты заносятся в колонки 5,6,7 соответственно:

 

, (4.11)

, (4.12)

, (4.13)

 

где Ки.ср – средний  коэффициент использования группы электроприёмников.

Определяется  число эффективных электроприёмников, для каждого электроприёмника, результат заносится в колонку 12:

 

nэ=F∙(n, m, Ки.ср, Рн), (4.14)

 

Определяется  коэффициент максимума активной нагрузки для каждого электроприёмника и заносится в колонку 13:

 

Км=F∙(Ки.ср, nэ), (4.15)

 

Определяются: максимальная активная нагрузка, максимальная реактивная нагрузка, максимальная полная нагрузка для каждого электроприёмника и результаты заносятся в колонки 15,16,17:

 

Рм=Км∙ Рсм , (4.16)

Qм=К'м∙ Qсм , (4.17)

Sм=. (4.18)

 

Определяется  ток на РУ для каждого электроприёмника и результат заносится в колонку 18:

 

, (4.19)

, (4.20)

, (4.21)

, (4.22)

, (4.23)

где Uл – напряжение линейное, В.

Определяются потери в  трансформаторе, результат заносятся  в колонку 15,16,17:

 

∆Рт=0,02 ∙ Sм (нн), кВт, (4.24)

∆Qт=0,1∙ Sм (нн), квар, (4.25)

∆Sт=, кВА, (4.26)

 

Таблица 4 – Сводная  ведомость нагрузок на НН без КУ

Параметр	cosφ	tgφ	Рм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
Всего на НН без  КУ	0,88	0,55	315,1	144,5	346,6

 

, . (4.26, 4.27)

 

4. Компенсация  реактивной мощности

 

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

В процессе передачи потребителям активной и реактивной мощности в проводниках системы электроснабжения создаются потери активной мощности.

Из этого следует, что при снижении передаваемой реактивной мощности потеря активной мощности в  сети снижается, что достигается  применением компенсирующих устройств.

Расчётная формула:

 

Qку=α Рм∙(tgφ-tgφк), (5.1)

 

где Qку – мощность компенсирующего устройства;

α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается α=0,9;

tgφ, tgφк –  коэффициент реактивной мощности до и после компенсации;

 

Qку=28,4 квар,

 

Компенсирующее  устройство не выбирается в виде малой  реактивной мощности.

 

5. Выбор  числа и мощности силовых трансформаторов

 

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием  электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трёхфазном токе от электрических станций к потребителям.

В справочных данных на трансформаторы приводятся: тип, номинальная  мощность, номинальные напряжения обмоток, потери мощности холостого хода и короткого замыкания, напряжения короткого замыкания, ток холостого хода.

Определяется  расчётная мощность трансформатора с учётом потерь, но без компенсации  реактивной мощности:

 

Sт>Sр=0,7∙ Sм  (ВН), (6.1)

 

где Sт - потери полной мощности в трансформаторе без КУ, кВА;

Sр – расчётная  мощность трансформатора. кВА;

 

Sр=267,3 кВА.

 

По результатам  расчётов выбираем ближайший больший  по мощности стандартный трансформатор.

Мы выбираем масляный двухобмоточный трансформатор общего назначения класса 6 – 10 кВ типа ТМ 400/10/0,4. Схема соединения Υ/Υн – 0

Технические данные масляного  двухобмоточного трансформатора общего назначения:

Выбираем ТМ-400/10/0,4 [2, с. 08]

 

Рн = 400 кВА,

Uвн =10 кВ,

Uнн = 0,4 кВ,

∆Рхх=0,95 кВт,

∆Ркз=5,5 кВТ,

Uкз = 4,5%,

Iхх = 2,1%,

 

где Рн – мощность номинальная, кВт;

Uвн – напряжение  внешней обмотки, кВ;

Uнн – напряжение  внутренней обмотки, кВ;

∆Рхх – потери холостого хода, кВт;

∆Ркз – потери короткого замыкания. кВт;

Uкз – напряжение  короткого замыкания, %;

Iхх – ток  холостого хода, %;

 

, (6.2)

 

где Кз – коэффициент  загрузки трансформатора

 

Кз=0,95

 

6. Расчёт  токов короткого замыкания

 

В системах электроснабжения промышленных предприятий могут  возникать короткие замыкания, приводящие к резкому увеличению токов. Поэтому всё основное электрооборудование электроснабжения должно быть выбрано с учётом действия таких токов.

Основными причинами  короткого замыкания являются нарушения  изоляции отдельных частей электроустановок, неправильные действия персонала, перекрытия изоляции из-за перенапряжения в системе. [7, с.352]

Методика расчёта

Определяем ток  системы:

 

, (7.1)

 

где Iс – ток  системы;

 

Iс=23,1 А. (7.2)

 

Определяем удельное индуктивное сопротивление:

 

Х0=0,4 Ом/км,

Х'с=Х0 ∙ Lс,

где Х0 – удельное индуктивное сопротивление, Ом/км;

Х'с – индуктивное  сопротивление, ОМ;

Lс – длина  кабельной линии, км;

 

Х'с=0,64 Ом.

 

Определяем удельное активное сопротивление:

, (7.3)

 

где r0 – удельное активное сопротивление, Ом/км;

γ – удельная проводимость материала, [1, с.60];

S – сечение  проводника, мм2;

r0=28,5 Ом/км,

R'с= r0 ∙ Lс,

R'с=45,6 Ом.

 

Сопротивления приводятся к НН:

 

=73 мОм, (7.4)

=1 мОм, (7.5)

 

где Uнн и Uвн –  напряжение низкое и высокое, кВ.

Выбираем сопротивление  для трансформатора:

 

Rт=5,5 мОм,

Хт=17,1 мОм,

Z(1)т=195 мОм,

 

где Rт – активное сопротивление, мОм;

Хт – индуктивное  сопротивление, мОм;

Z(1)т – полное  сопротивление, мОм.

 

Выбираем сопротивления  для автоматов, [1, с. 62]:

1SF R1SF=0,12 мОм,  Х1SF=0,13 мОм, R1пSF=0,25 мОм,

2SF R2SF=0,12 мОм,  Х2SF=0,13 мОм, R2пSF=0,25 мОм,

3SF R3SF=5,5 мОм, Х3SF=4,5 мОм, R3пSF=1,3 мОм.

 

Выбираем удельное сопротивление кабеля, [1, с. 62]:

 

КЛ1 r|0=0,169 мОм/м,

Х0=0,78 мОм/м,

 

т.к. в схеме 3 параллельных кабеля;

 

,

r0=0,05 мОм.

 

Rкл1=r0 ∙ Lкл1, (7.6)

 

где Lкл1 – длина  линии ЭСН от ШНН до ШМА;

 

Rкл1=0,1 мОм,

Хкл1=Х0 ∙ Rкл1,

Хкл1=1,5 мОм.

КЛ2 r0=12,5 мОм/м,

Х0=0,116 мОм/м,

Rкл2=25 мОм,

Хкл2=0,232 мОм.

 

Для шинопровода  ШМА:

 

Iн=1260 А,

r0=0,034 мОм/м,

Х0=0,016 мОм/м,

rоп=0,068 мОм/м,

Хоп=0,053 мОм/м.

 

Rш=r0 ∙ Lш, Хш=Х0  ∙ Lш, (7.7)

 

где Rш – удельное сопротивление шинопровода, мОм;

Хш – удельное сопротивление шинопровода, мОм;

Lш – участок  ШМА до ответвления, [1, с. 63];

 

Rш=0,034 мОм,

Хш=0,016 мОм.

 

Для ступеней распределения, [1, с. 62]:

 

Rс1=15 мОм, Rс2=20 мОм.

 

Вычисляются эквивалентные  сопротивления на участках между КЗ:

 

Rэ1= Rс+ Rт+ R1SF+ Rс1=93,6 мОм, (7.8)

Хэ1=Хс+Хт+Х1SF=18,2 мОм, (7.9)

Rэ2= RSF1+ RПSF1+ Rкл1+ Rш+ Rс2=20,5 мОм, (7.10)

Хэ2=Х SF1+Х кл1+Хш=1,6 мОм, (7.11)

Rэ3= RSF+ RПSF+ Rкл2=31,8 мОм, (7.12)

Хэ3=Х SF+Х кл2=4,7 мОм, (7.13)

 

где Rэ1, Rэ2, Rэ3 – активные сопротивления на участках КЗ, мОм;

Хэ1, Хэ2, Хэ3 –  индуктивные сопротивления на участках КЗ, мОм.

Вычисляем сопротивления  до каждой точки КЗ и заносим в  таблицу 5:

Rк1= Rэ1=93,6 мОм, (7.14)

Хк1= Хэ1=18,2 мОм, (7.15)

=95,3 мОм, (7.16)

Rк2= Rэ1+ Rэ2=114,1 мОм, (7.17)

Хк2= Хэ1+ Хэ2=19,8 мОм, (7.18)

=115,8 мОм, (7.19)

Rк3= Rк2+ Rэ2=145,9 мОм, (7.20)

Хк3= Хк2+ Хэ3=24,5 мОм (7.21)

=147,9 мОм (7.22)

 

где Rк.., Хк.., Zк… - сопротивления на каждой точке  КЗ, мОм.

 

мОм, мОм,(7.23)

мОм. (7.24)

 

Определяем ударный  коэффициент и коэффициент действующего значения ударного тока и заносим  в таблицу 5:

 

, (7.25)

, (7.26)

, (7.27)

 

где Ку – ударный  коэффициент;

Ку1=1,

Ку2=1,

Ку3=1.

 

d1=, (7.28)

d2=, (7.29)

 

где d – коэффициент  действующего значения ударного тока;

d1=1,

d2=1,

d3=1.

Определяются 3-фазные и 2-фазные токи КЗ и заносятся в  таблицу:

 

=2,4 кА, (7.30)

 

=1,8 кА, (7.31)

=1,5 кА,. (7.32)

Iук1=d1∙ I(3)к1= 2,4 кА, (7.33)

Iук2=d2 ∙ I(3)к2=1,8 кА, (7.34)

Iук3=d3 ∙ I(3)к3=1,5 кА, (7.35)

iук1=*Ку1* I(3)к1=3,4 кА, (7.36)

iук2=∙ Ку2 ∙  I(3)к2=2,5 кА, (7.37)

iук3=∙ Ку3 ∙  I(3)к3=2,41 кА, (7.38)

=2 кА, (7.39)