Разработка системы электроснабжения механического цеха тяжелого машиностроения

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

n

Pнсум

Ки

сosц

tanц

Pс, кВт

Qс, квар

Sс, кВА

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

n

Pнсум

Ки

сosц

tanц

Pс, кВт

Qс, квар

Sс, кВА

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 Iдл.доп =90 А.

В к = Iп.о. (tр.з. +tc.в. Ta ) = 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 ? Uсети.ном. 10кВ ? 10 кВ

I длит ? Iнорм.макс. 90А ? 57А

I длит.доп. ? Iдлит.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 ? Uсети.ном. 10 кВ ? 10 кВ

I ном ? I норм.макс. 630 А ? 57 А

I ном ? Iдлит.макс. 630А ? 80,8А

I пр.с ? Iп.о 51А ? 2,54А

I откл . ном ? Ini 32A ? 2.54A

I Т 2 tT 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