Разработка системы электроснабжения механического цеха тяжелого машиностроения

метки: Электроснабжение, Тяжелый, Машиностроение, Трансформатор, Механический, Напряжение, Мощность, Таблица

Анодно-механические станкитипа МЭ-12

9

10

0,14

0,5

РП-3

17

Краны мостовые

1

10

0,35

0,5

24…28, 34…36

Анодно-механические станки типа МЭ-31

8

18,4

0,17

0,65

РП-4

18..20

Обдирочные станки типа РТ-341

3

45

0,2

0,65

21…23, 29…31

Обдирочные станки типа РТ-250

6

35

0,2

0,65

32

Вентилятор вытяжной

1

18

0,65

0,8

33

Вентилятор приточный

1

20

0,65

0,8

Рисунок 2.1 — Схема электроснабжения МЦТМ

Тип установки	Количество ЭП (N i ), шт	Номинальная мощность ЭП (P ном,i ), кВт	Коэффициент мощности (cosц)	Коэффициент использования (К и,i )	Группа
Шлифовальные станки	5	50	0,65	0,2	А
Обдирочные станки типа РТ-341	2	45	0,65	0,2	А

Определяем суммарную номинальную активную мощность ЭП подключенных к РП-1

Определяем номинальную реактивную мощность группы

Определяем среднюю активную мощность

Определяем среднюю реактивную мощность

Определяем эффективное число электроприемников

Определяем коэффициент использования группы

По таблице на с.26 /1/ находим коэффициент максимума () для 6,985, значение которого находится в пределах 67, при 0,2 Занесем все в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Значения коэффициента максимума

Коэффициент использования	Эффективное число электроприемников
	6	7
	Коэффициент максимума
0,2	2,24	2,1

Коэффициент максимума () рассчитываем методом кусочно-линейной интерполяции.

Составляем уравнение прямой , проходящей через точки с координатами

Коэффициенты a и b, входящие в уравнение прямой, определяются по формулам:

;

Тогда коэффициент максимума по активной мощности () при

Определяем коэффициент максимума по реактивной мощности ():

Определяем расчетную активную мощность (, кВт):

Сравним полученное значение с суммарной номинальной мощностью трех наиболее мощных электроприемников:

Определяем расчетную реактивную мощность

кВар.

Определяем средний коэффициент мощности

Определяем полную расчетную мощность , Определяем расчетный ток , Расчеты для остальных РП и цеха в целом проводятся аналогично. Результаты сведены в таблицу 3.4. , Таблица 3.4 — Сводная таблица расчетных данных

№ ЭП	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
	Pн	n	Pнсум	Ки	сosц	tanц	Pс, кВт	Qс, квар	Sс, кВА	nэ	Км	К’м	Pр, кВт	Qр, квар	Sр, кВА	Iр, А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
РП 1
1…5	50	5	250	0,2	0,65	1,17	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
6,16	45	2	90	0,2	0,65	1,17
Итого по РП 1	—	7	340	0,2	—	—	68,0	79,501		6,985	2,102	1,1	150	175,369	230,769	350,63
РП 2
7…15	10	9	90	0,14	0,5	1,73	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Итого по РП 2	—	9	90	0,14	—	—	12,6	21,824		9	2,272	1,1	30	51,962	60	91,16
РП 3
17	10	1	10	0,35	0,5	1,73	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
24…28, 34…36	18,4	8	147,2	0,17	0,65	1,17
Итого по РП 3	—	9	157,2	0,181	—	—	28,524	35,318		8,799	2,031	1,1	57,929	38,85	69,75	105,98
РП 4
18…20	45	3	135	0,2	0,65	1,17	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
21…23, 29…31	35	6	210	0,2	0,65	1,17
32	18	1	18	0,65	0,8	0,75
33	20	1	20	0,65	0,8	0,75
Итого по РП-4	—	11	383	0,245	—	—	93,7	99,795		10,367	1,717	1,0	160,895	99,195	189,016	287,19
Итого по цеху*	—	36	971,2	0,209	—	—	202,824	235,838		27,357	1,362	1	276,186	235,838	363,178	551,81

Примечание — * без учета потребления мощности на освещение

Учет электрического освещения

Согласно заданию, необходимо учесть освещение в размере 10% от мощности цеха.

Расчетная мощность цеха (см. таблицу 3.4) — 276,186 кВт. Следовательно, потребляемая мощность на освещения

Р _осв = 0,1•276,186=27,6кВт

Выполним расчет электрических нагрузок цеха с учетом мощности потребляемой на освещение и дополнительной мощности на перспективу. Коэффициент использования освещения k _и примем равным 0,85; cosц=0,8(газоразрядные лампы).

Результат расчета приведен в таблице 3.5.

Таблица 3.5 — Сводная таблица расчетных данных по цеху с учетом мощности потребляемой на освещение и дополнительной нагрузки на перспективу

№ ЭП	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
	Pн	n	Pнсум	Ки	сosц	tanц	Pс, кВт	Qс, квар	Sс, кВА	nэ	Км	К’м	Pр, кВт	Qр, квар	Sр, кВА	Iр, А
Итого по цеху	—	38	1672,8	0,337	—	—	563,784	703,433		5,701	1,832	1,1	1032,933	773,776	1290,613	1960,94

Параметр			, кВт	, кВар	, кВА
без компенсирующего устройства	0,8	0,75	1032,933	773,776	1290,613

;

• Результаты расчетов сводятся в «Сводную ведомость нагрузок».

Таблица 4.2 — Сводная ведомость нагрузок

Параметр			, кВт	, кВар	, кВА
Всего на НН без КУ	0,8	0,75	1032,933	773,776	1290,613
КУ				350
Всего на НН с КУ	0,937	0,373	1032,933	423,776	1116,484
Потери			22,329	111,648	113,859
Всего ВН с КУ			1055,262	535,424	1183,324

Двух трансформаторные подстанции применяются при значительном числе потребителей 1 и 2 категорий, при сосредоточенных нагрузках на данном участке с высокой удельной плотностью, а также если имеются ЭП особой группы. На крупных трансформаторных подстанциях число трансформаторов не более двух.

Принимаем к установке два трансформатора.

Потери в трансформаторе приближенно (см раздел Компенсация реактивной мощности):

;

• Результирующая мощность на стороне высокого напряжения (ВН) из табл. 4.2

Определим расчетную мощность трансформатора с учетом потерь и компенсации реактивной мощности:

Выбираем два трансформатора с номинальной мощностью 1000 кВА и сведем его параметры в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 — Технические данные трансформатора ТМЗ-1000/10

Тип	Номинальная мощность S ном.Т , кВА	Номинальное высшее напряжение U ВН , кВ	Номинальное низшее напряжение U НН , кВ	Потери КЗ ДР кз , кВт	Потери ХХ ДР хх , кВт	Напряжение КЗ u к , %	Ток ХХ Iх, %
ТМЗ	1000	10	0,4	12,2	1,9	5,5	1,7

Силовой масляный трансформатор ТМЗ-1000/10

Силовой масляный трансформатор герметичный с защитой масла, с естественным охлаждением типа ТМЗ предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения в трехфазных сетях энергосистем, а так же для питания различных потребителей в сетях переменного тока частотой 50 Гц.

Защищенные понижающие трехфазные трансформаторы ТМЗ выпускаются мощностью от 250 до 2500 кВА и предназначены для установки на крупных промышленных объектах и в комплектных трансформаторных подстанциях (КТП) внутренней и наружной установки.

Трансформаторы ТМЗ выполнены в герметичном исполнении, в качестве конструктивной защиты масла используется сухой азот, расположенный между зеркалом масла и крышкой трансформатора.

В трансформаторах ТМЗ предусмотрена возможность регулирования напряжения по пяти ступеням. Переключение на другой диапазон напряжения проводится высоковольтным переключателем в ручном режиме при отключенном от сети трансформаторе со стороны ВН и НН с диапазоном регулирования ±2х2,5% от номинального напряжения.

Конструкция трансформатора ТМЗ-1000/10

Масляный трансформатор ТМЗ — это трехфазный масляный трансформатор с защитой масла с естественным охлаждением. Бак трансформатора сварной, прямоугольной формы.

Для увеличения поверхности охлаждения применяются радиаторы.

Подъем трансформатора ТМЗ осуществляется за крюки, расположенные под верхней крышкой бака. В нижней части бака имеются пробка для слива масла, пробка для взятия пробы, болт заземления.

Активная часть состоит из магнитопровода, изготовленного из холоднокатаной электротехнической стали, обмоток и высоковольтного переключателя. Обмотки трансформаторов алюминиевые.

Вводы ВН и НН расположены на торцевых стенках бака, изоляторы проходные фарфоровые. При токе ввода 1000 А и выше на токоведущих стержнях крепятся специальные контактные зажимы с лопаткой (контактные зажимы, флажки), обеспечивающие подсоединение плоской шины.

На стенке маслоазоторасширителя устанавливается маслоуказатель для контроля уровня масла. На маслоуказателе нанесены три контрольные метки, соответствующие уровню масла в неработающем трансформаторе при различных температурах.

Азотная подушка, расположенная между зеркалом масла и крышкой трансформатора, обеспечивает защиту масла от окисления и компенсирует температурные колебания объема масла.

Для измерения температуры верхних слоев масла в баке устанавливаются термометрический сигнализатор.

Для контроля внутреннего давления и сигнализации о предельно допустимых величинах давления устанавливаются мановакуумметр.

Для защиты трансформатора устанавливается предохранительная диафрагма или реле давления, которые срабатывают при достижении в баке давления 0.75 атм и газы выходят наружу.

Структура условного обозначения трансформатора ТМЗ — 1000/10 УХЛ1 10/0,4 Д/Ун-11

• Т — трансформатор трехфазный

· М — масляное охлаждение с естественной циркуляцией воздуха и масла

• З — защитная азотная подушка
• 1000 — номинальная мощность, кВА
• 10 — напряжение обмотки высокого напряжения, кВ
• 10 — напряжение обмотки высокого напряжения, кВ
• 0,4 — напряжение обмотки низкого напряжения, кВ
• Д — схема соединения обмотки высокого напряжения (треугольник)
• У — схема соединения обмотки низкого напряжения (звезда)
• н — наличие изолированной нейтрали
• 11 — группа соединения обмоток

Технические характеристики трансформатора ТМЗ-1000/10

Трансформаторы ТМЗ изготавливаются в соответствии со стандартом МЭК-76 и ГОСТ 16555-75, выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 10 кВ включительно и вторичной обмотки (низкого напряжения) на 0.4 или 0.69 кВ.

Трансформаторы выпускаются с различными уровнями потерь холостого хода и короткого замыкания:

• уровень потерь А согласно ТУ У 31.1-00213440-024-2006
• уровень потерь В согласно ТУ У 3.49-05758084-016-2000

Предельное отклонение технических параметров трансформаторов составляют:

• напряжение короткого замыкания ±10%
• потери короткого замыкания на основном ответвлении +10%
• потери холостого хода +15%
• полная масса +10%

Условия эксплуатации трансформатора ТМЗ-1000/10

Высота над уровнем моря — до 1000 м

Температура окружающего воздуха:

· для умеренного климата — от -45°С до +40°С (исполнение «У»)

• для холодного климата — от -60°С до +40°С (исполнение «ХЛ»)

Относительная влажность воздуха — не более 80% при температуре +25°С. Трансформаторы не рассчитаны для работы:

• во взрывоопасной и агрессивной среде
• при вибрации и тряске
• при частых включениях и отключениях со стороны питания до 10 раз в сутки

Определим коэффициент загрузки трансформатора

Определим потери активной мощности в трансформаторе

где — потери в стали, равны паспортным потерям ХХ, кВт;

• потери в обмотках, равны паспортным потерям КЗ, кВт;
• коэффициент загрузки трансформатора (см.

п. 5).

Определим потери реактивной мощности в трансформаторе

где — потери реактивной мощности на намагничивание, кВар;

• потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке, кВар;
• ток холостого хода трансформатора, %;
• напряжение короткого замыкания,%;
• номинальная мощность трансформатора, кВА;

7. Выбор высоковольтного оборудования

Выберем сечение кабеля по условию нагрева. За расчетную мощность примем мощность трансформатора КТП с учетом 40% перегрузки

Выберем алюминиевый трехжильный бронированный кабель сечением

80.8/2.1=38.4/3=12.8

берем сечение 16 мм ² с I_дл.доп =90 А.

В _к = I_п.о. (t_р.з. +t_c.в. T_a ) = 2,54² *(0,01+0,03+0,05)=0,59 кА² с

Линии высокого напряжения подвержены повреждениям в большей степени, чем все остальное электрооборудование промышленных предприятий. На воздушных и кабельных линиях возможны многофазные и однофазные короткие замыкания, замыкания на землю, обрыв проводов и т.п.

Произведем проверку кабеля

U _ном ? U_{сети.ном.} 10кВ ? 10 кВ

I _длит ? I_{норм.макс.} 90А ? 57А

I _{длит.доп.} ? I_{длит.макс.} 90А ? 70А

S ? S _т = 16 ?

Кабель выбран верно.

В данном случае выбор для защиты линии условно высокого напряжения применяем выключатель внутренней установки типа BB/TEL-630/10/20

Технические характеристики:

Ток номинальный I _ном = 630А

Номинальный ток отключения I _{ном.откл} = 32кА

Время отключения 30 м.с.

Ток термической стойкости I _терм. = 20 кА*с

Ток динамической стойкости I _дин = 51 кА

Произведем проверку выключателя нагрузки по номинальным параметрам

U _ном ? U_{сети.ном.} 10 кВ ? 10 кВ

I _ном ? I _{норм.макс.} 630 А ? 57 А

I _ном ? I_{длит.макс.} 630А ? 80,8А

I _пр.с ? I_п.о 51А ? 2,54А

I _{откл . ном} ? I_ni 32A ? 2.54A

I _Т ² t_T 20² *1? 0.59

Также в помещении КТП будет установлен разъединитель РВЗ-10/630 II УЗ, предназначенный для отключения и включения под напряжением участков электрической цепи высокого напряжения при отсутствии нагрузочного тока.

Разъединитель нужен для изменения схемы соединения; для безопасного проведения работ на отключенном участке и при определенных условиях, для включения и отключения зарядных токов воздушных линий, тока холостого хода трансформаторов.

№ потребителя	РП/ЭП, А	кабеля, А	мм 2
РП-1	350,63	366	АВВГ 4х50
РП-2	91,96	117	АВВГ 4х50
РП-3	105,98	117	АВВГ 4х50
РП-4	287,19	334	АВВГ 4х50
ЭП №1-5	94,840	130	АВВГ 4х25
ЭП №6,16, 18-20	85,356	130	АВВГ 4х25
ЭП №17	19,184	28	АПВ 4х4
ЭП №21-23, 29-31	66,388	80	АПВ 4х25
ЭП №24-28, 34-36	34,335	40	АПВ 4х8
ЭП №7-15	19,184	28	АПВ 4х4
ЭП №32	33,589	40	АПВ 4х8
ЭП №33	37,321	60	АПВ 4х16
ЩО	52,417	60	АПВ 4х16

Выбор электрического оборудования

Для зашиты распределительных пунктов и электроприемников выберем автоматические выключатели.

Автоматические выключатели предназначены для отключений при КЗ и перегрузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжения, а также для включений и отключений электрических цепей. Выключатели имеют тепловой и электромагнитный расцепители, иногда только ЭМР.

Условия выбора автоматических выключателей:

;

;

• для линии с одним ЭД;
• для групповой линии с несколькими ЭД;
• для линии без ЭД,

где — номинальный ток автомата, А;

• номинальный ток расцепителя, А;
• длительный ток в линии, А;
• максимальный то в линии, А;
• номинальное напряжение автомата, В;
• напряжение сети, В;

;

• для линии без ЭД;
• для линии с одним ЭД;
• для групповой линии с несколькими ЭД,

где — кратность отсечки;

• ток отсечки, А;
• пусковой ток, А,

где — кратность пускового тока. Принимается =6,5-7,5 — для АД;

• номинальный ток, А;
• пиковый ток,

где — пусковой ток наибольшего по мощности ЭД, А;

• номинальный ток наибольшего в группе АД, А;
• максимальный ток на группу.

Выберем автомат для защиты РП-1.

Выбираем автоматический выключатель с

Пиковый ток для РП-1

;

;

• Принимаем .

Согласование расцепителя с защищаемым проводником

где — допустимый ток проводника, А;

Для РП-3 выбран кабель АВВГ 4х240 с

, следовательно расцепитель автомата согласуется с защищаемым проводником.

Окончательно выбираем автоматический выключатель ВА-51-37 с характеристиками:

;

;

;

• Для остальных РП и электроприемников расчет проводится аналогично по приведенным выше формулам. Выбранные аппараты защиты сведены в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 — Выбор аппаратов защиты

№ п/п	Наименование ЭП	Iном.а,А	Iном.р,А	Io	Iоткл, кА	Тип
1	Вводной выключатель НН трансформатора	2500	2500	10	65	ВА50-43
2	РП 1	400	320	10	25	ВА51-37
3	РП 2	400	320	10	25	ВА51-37
4	РП 3	400	320	10	25	ВА51-37
5	РП 4	400	320	10	25	ВА51-37
6	ЭП №1	100	100	10	7	ВА51-31
7	ЭП №2	100	100	10	7	ВА51-31
8	ЭП №3…5	100	100	10	7	ВА51-31
9	ЭП №6,17,36	25	20	10	3,8	ВА51-31
10	ЭП №7…16	160	125	10	12,5	ВА51-31
11	ЭП №18…20	100	80	10	7	ВА51-31
12	ЭП №21…23	100	31,5	10	6	ВА51-31
13	ЭП №24…35	100	50	10	6	ВА51-31
14	Щит освещения	100	80	10	7	ВА51-31

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана система электроснабжения механического цеха тяжелого машиностроения. Был рассчитан ток трехфазного короткого замыкания.

На основе плана расположения электрооборудования была составлена радиальная схема электроснабжения и определено необходимое количество распределительных пунктов. Схема электроснабжения полностью согласована с заданным электрооборудованием.

В курсовом проекте были определены расчётные нагрузки, в результате которых мы выбрали силовой масляный трансформатор герметичный с защитой масла, с естественным охлаждением для комплектной трансформаторной подстанции. С целью проведения ремонтных работ на участках электрической цепи высокого напряжения трансформатора выбрали выключатель нагрузки, разъединитель и проверили их на устойчивость динамическим и термическим токам.

Опираясь на схему электроснабжения, мы выбрали и рассчитали кабельные линии от ГПП до КТП, и от КТП до выбранного распределительного пункта РП1. От РП1 к электроприемникам решено было протянуть по стенам, потолку в коробах. По условиям проверки на термическую стойкость все кабели признаны выдержавшими испытания.

Для защиты электрооборудования РП1 от токов КЗ и перегрузок выбраны автоматические выключатели.

В результате проделанных расчетов можно сделать вывод, что электроснабжение механического цеха тяжелого машиностроения разработано верно и отвечает всем требованиям современной нормативной технической документации.

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/elektrosnabjenie-mehanicheskogo-tseha-tyajelogo-mashinostroeniya/

1. Ю.М. Миронов, А.Н. Миронова. Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок М.: Энергоатомиздат, 1991, 376 с.

2. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник: учеб. пособие. — М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА — М. 2009. — 480 с. 480 (Высшее образование).

3. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов. — М.: Интермет Инжиниринг, 2006. — с. 672

4. Справочник по энергоснабжению и электрооборудованию промышленных предприятий и общественных зданий / Под общ. ред. профессоров МЭИ (ТУ) С.И. Гамазина, Б.И. Кудрина, С.А. Цырука. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010. — 746 с.

5. В.П. Шеховцов Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. — М. ФОРУМ, ИНФРА-М., 2003. — 214 с.

6. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П., Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Уч. пособие для вузов. — М. Энергоатомиздат, 1989