Сделай Сам Свою Работу на 5

Расчет электрических нагрузок цеха и разработка графиков





МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

 

 

Разработал:

преподаватель специальных дисциплин

Сучкова И.А,

_______________(подпись)

 

 

ОДОБРЕНА Составлена в соответствии с

Предметной (цикловой) Государственными требованиями

комиссией к минимуму содержания и уровню

подготовки выпускника по

специальности

 

 

Председатель:

Сучкова И.А.

 

 


СОДЕРЖАНИЕ

 
 


ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Развитие электроэнергетики в России и ее перспективы.

2.2 Характеристика, цеха и потребителей электроэнергии.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет нагрузок цеха, разработка графиков

2.2 Выбор числа и мощности трансформаторов на ТП

2.3 Выбор схемы ТП

2.4 Расчет токов К.З.

2.5 Выбор оборудования ТП по режиму К.З.

2.6 Выбор схемы электроснабжения цеха

2.7 Расчет сетей цеха

2.8 Коммутация и защита сетей

2.9 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

2.10 Расчет заземляющего устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Развитие электроэнергетики в России и ее перспективы

 

(объем 1.2 стр.)


1.2. Характеристика цеха и потребителей электроэнергии



(объем 1.2 стр.)


2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Расчет электрических нагрузок цеха и разработка графиков

 

Расчет нагрузок ведем методом коэффициента спроса. Этот метод применяется, когда цех имеет много потребителей, и отдельные крупные потребители не влияют на пусковые токи.

 

Таблица 2 Расчет нагрузок цеха

 

Потребители   Рп,кВт ПВ,% Cosφ Рн,кВт Кс Рмах,кВт
Деревообрабатывающие станки            
Специальные станки            
Краны и тельферы            
Компрессоры            
Вентиляторы, кондиционеры            
Насосы, гидравл. электрооборудование            
Транспортеры            
Сушилка и нагреватели            
Сварочное оборудование, сварка, сварочные трансформаторы            
Металлорежущие станки            
Освещение            
ИТОГО:            

 



Величины ПВ, cos φ, Кс выбираем из справочника.

Для всех потребителей кроме кранов, сварочного оборудования, лебедок (транспортеров)

 

Рнп (1)

 

Для кранов и тельферов Рн находим по формуле:[2,с.26]

 

(2)

 

где Рп - паспотрная активная мощность двигателя, кВт.

 

 

Для сварочного оборудования:

 

 

Расчетная нагрузка Рmax по формуле: [2,c.103]

 

Рmax= Рн · Кс, (3)

 

где Кс – коэффициент спроса;

Рmax – максимальная активная мощность, кВт.

 

Производим расчет Рmax по формуле (3) и заполняем таблицу 2.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.

На основании режима работы насосной станции составляем таблицу нагрузок по часам суток.

 


Таблица 3 Нагрузки Рн по часам суток.

 

Потребители 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 20-22 22-24
Деревообраба тывающие станки                        
Специальные станки                        
Краны и тельферы                        
Компрессоры                        
Вентиляторы, кондиционеры                        
Насосы, гидравл. Электрообору дование                        
Транспортеры                        
Сушилка и нагреватели                        
Сварочное оборудование. Сварочные трансфор- маторы,сварка                        
Металлорежущие станки                        
Освещение                        
Итого                        

 



На основании таблицы 3 составляем суточный график потребителей.

 

 

 
 

 

 


Рисунок 1 – Суточный график потребителей.

 

Определяем потери мощности и строим графики потерь.

Постоянные потери ΔРпост не зависят от нагрузки и составляют 1% от максимальной мощности Рmax

Рmax – максимальное значение мощности из таблицы 3.

 

ΔРпост= , (4)

 

Переменные потери зависят от нагрузки и составляют 5% от Рmax. Потери определяем по формуле: [2, с.112]

 

ΔРперем1= , (5)

 

где ΔРперем – переменные потери мощности, кВт;

Рmax – нагрузка на каждые 2 часа суток, кВт.

 

Постоянные потери- это потери на нагрев железа трансформатора (или потери в стали) Переменные потери- это потери на нагрев обмоток трансформатора и проводов эл. сети (потери в стали).

Суммируем постоянные и переменные потери с помощью потребителей по часам суток (на основании результатов таблицы) и строим график подстанции.

 

ΣР= Рmax+ ΔРперем+ ΔРпост, (6)

 

На основании суточного графика производим расчет и строим годовой график активной мощности подстанции.

Определяем число рабочих часов.

Работа ведется в смены. Количество дней в году 365, учитываем, что 114 дней нерабочие (выходные и праздники), переводим в часы.

часов

Расчет нагрузки в году.

Определяем годовое количество часов для каждой нагрузки.

 

Итоговая нагрузка в году составляет всего 8760 часов.

На основании расчетов строим годовой график подстанции.

 

 
 

 


Рисунок 2 – Годовой график подстанции.

 

2.2 Выбор числа и типа силовых трансформаторов

 

Категория электроснабжения , поэтому выбираем трансформатора .

Мощности трансформаторов выбираем с учетом графика нагрузки в следующей последовательности:

1. Находим среднесуточную мощность по формуле: [2, с.99]

 

Рср.сут.= , (7)

 

где Асут – площадь суточного графика, кВт час

 

Асут=ΣР t, (8)

 

1. Определяем коэффициент загрузки или коэффициент заполнения графика по формуле: [2, с.100]

Кнз.г.= , (9)

 

где Рmax берется из суточного графика.

 

3.По суточному графику подстанции снимаем tmax в часах – это время использования максимальной нагрузки в сутки: tmax=ч, по годовому графику tmax= ч

4. По величинам коэффициента заполнения графика Кз.г.=и времени использования максимума tmax= ч по кривым кратности допустимых нагрузок трансформатора находим коэффициент перегрузки

5. Определяем активную мощность трансформатора по формуле: [2, с.113]

 

Ртр= , (10)

 

где Ртр – активная мощность, кВт;

Рmax – максимальная мощность по годовому графику подстанции, кВт.

 

6. Определяем средневзвешанный коэффициент мощности нагрузки cosφср.взв по формуле: [2, с.114]

 

cosφср.взв= , (11)

 

Вначале по коэффициенту мощности каждой нагрузки и тригонометрической таблице определим тангенс каждой нагрузки.

(взято для примера)

;

;

;

;

;

;

;

;

;

 

Определим реактивную мощность для каждой нагрузки:

;

;

И т.д.

 

Определим сумму реактивных мощностей всех нагрузок цеха

 

cosφср.взв=

 

По сosφ определяем tgφ =

Определяем реактивную мощность трансформатора Qтр по формуле:

[2, с.92]

 

Qтртр tgφ, (12)

 

Определяем полную мощность трансформатора Sтр по формуле:

[2, с.92]

 

Sтр= , (13)

 

где Sтр – полная мощность, кВА

 

По величине Sтр выбираем трансформатора мощностью кВА.

Их общая мощность Sн= кВА> кВА. Поэтому видно, что трансформатор

сможет пропустить всю мощность.

Проверяем по допустимой перегрузке в послеаварийном режиме.

Отсюда видно, что трансформатор сможет пропустить потребляемую мощность,

при отключении одного из трансформаторов. Коэффициент 1,4 учитывает допустимую предельную перегрузку в послеаварийном режиме.

Из справочника выбираем два силовых трансформатора 10/0,4кВ и его данные заносим в таблицу 4.

 

Таблица 4. Характеристики трансформатора

 

Тип U1, кВ U2, кВ S, кВА Uк.з,% Iх.х, % Рк.з., кВт Рх.х.,кВт  
               
               

 

Т. к. цех обработки древесины относится к потребителю категории, то на подстанции устанавливаем трансформатора. Мощность каждого из них выбирается равной 0,65-0,7 от суммарной номинальной мощности подстанции. Данное условие при выборе трансформатора выполняется.

При аварийном выходе одного их трансформаторов из стоя, электроснабжение потребителей допускается от одного трансформатора за счёт перегрузки его до 140% в течении 5 суток (не более 6 часов в сутки). Это условие при выборе мощности трансформатора мною учитывалось и выполняется.

 

2.3 Выбор схемы трансформаторной подстанции

 

(приведено для примера)

 

По типу предприятия, числу и мощности трансформаторов выбираем КТП 2х1000.

На вводах распределительного устройства по высокой стороне 10 кВ устанавливаем масляные выключатели, предназначенные для оперативной и аварийной коммутации. Масляные выключатели характеризуются тем, что гашение возникающей при разрыве электрической дуги происходит путем ее эффективного охлаждения в потоке газовой смеси, вырабатываемой дугой в результате разложения и испарения масла.

Для создания видимого разрыва цепи служит разъединитель.

Для преобразования первичного напряжения 10кВ во вторичное напряжение

0,4кВ служат масляные трансформаторы ТМ-1000.

По низкой стороне 0,4 кВ ставим: трансформаторы тока, которые служит для преобразования измеряемого первичного тока во вторичный. Для этого их первичная обмотка включена в цепь измеряемого тока, а к вторичной подключены контрольно - измерительные приборы – амперметры, счетчикови (для измерения активной и реактивной энергии). Трех полюсный автоматический выключатель, предназначенный для защиты трансформатора от токов к.з. и перегрузки на шинах подстанции.

Секционный автомат предназначен для автоматического включения резерва(АВР).

 

 

 
 

 

 


Рисунок 3 – Схема подстанции.

Производим расчет питающей линии к ТП.

Для трансформатора находим ток нагрузки Iн по формуле: [2, с.151]

 

Iн= , (14)

 

где Sтр – полная табличная мощность, кВА;

U1 –напряжение по высокой стороне, кВ.

 

По справочным таблицам находим экономическую плотность тока jэк, А/мм2.

Для кабеля алюминиевого jэк=1,6А/мм2

Экономическое сечение кабеля находим по формуле: [4, с.131]

 

Sэк= , (15)

 

где Sэк – экономическое сечение кабеля, мм2

По величине Sэк выбираем стандартное сечение кабеля.

По произведенным расчетам выбираем кабель и записываем его данные в табличной форме.

 

Таблица 5 Технические данные кабелей.

 

Тип S, мм2 хо, Ом/км ro, Ом/км Iдоп, А
         
         

 

r0- рассчитывают по формуле:

 

 

Кабель прокладывается в траншее на глубине 0,7 метра. По строительным конструкциям с креплением скобами, сигнальная лента ярко оранжевая.

Кабель проверяем по току.

Кабель должен соответствовать условию

Iнагр Iдоп;

Проверяем кабель по потере напряжения по формуле: [6, с.159]

ΔU= Iнагрℓ(rocosφ+хоsinφ), (16)

 

где - длина питающей кабельной линии, км;

ro – активное сопротивление, Ом/км;

хо – реактивное сопротивление, Ом/км;

ΔU – потери напряжения в трансформаторе, В.

 

Определяем потери напряжения ΔU в процентном отношении:

 

ΔU%= , (17)

 

По ПУЭ кабельная линия должна удовлетворять норме по потере напряжения, не больше 5%.

Кабель подходит.

 

 

2.4 Расчет токов короткого замыкания

 

Так как сеть выше 1 кВ, то расчет сопротивления цепи к.з. ведем в относительных величинах, при этом учитываем только индуктивное сопротивление основных элементов.

10/0,4 кВ трансформатор на S= кВА, КЛ=км,

Питающая энергосистема S= МВА

За базисные напряжения Uб1 и Uб2 принимаем генераторное напряжение ступени трансформатора 10/0,4 кВ.

Uб1=10,5кВ Uб2=0,4кВ

Приводим схему электроустановки с указанием основных элементов и строим схему замещения (рисунок 4 и 5).

 

По формулам определяем сопротивление всех элементов системы.

Сопротивление сети х1 определяем по формуле: [6, с.73]

 

х1*н.с , (18)

 

Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии х2 по формуле: [6, с.73]

х2о , (19)

 

где хо – реактивное сопротивление на единицу длины линии, Ом/км.

 

 

Рисунок 4 – Схема установки

 

 

 

Рисунок 5 – Схема замещения

Находим индуктивное сопротивление трансформатора х3 по формуле: [6, с.73]

 

х3*б тр= , (20)

 

где Uкз – напряжение короткого замыкания трансформатора из таблицы 4, %;

Sн.т – номинальная мощность трансформатора, кВА.

 

Учитывая параллельное включение двух трансформаторов х34

Находим результирующее сопротивление для точек К.З.

 

Для К-1 → хрез12,

 

Для К-2 → хрез123,

 

Производим расчет токов К.З. для точек К-1 и К-2. Для этого находим базисный ток по формуле: [2, с.82]

 

Iб= , (21)

 

Для точки К-1:

Для точки К-2:

Находим токи короткого замыкания по формуле: [6, с.82]

 

Iкз=I= , (22)

 

Для точки К-1:

Для точки К-2:

 

Находим ударный ток по формуле: [6, с.83]

 

iуд= Куд Iкз (23)

 

где iуд – ударный ток, кА;

Куд – ударный коэффициент.

 

Принимаем Куд=1,8 для цепи, когда не учитывается активное сопротивление.

Для точки К-1 →

Для точки К-2 →

 

Находим мощность К.З. по формуле: [6, с.72]

 

Sкз= , ( 24)

 

где Sкз – полная мощность К.З., МВА.

 

Для точки К-1 → Sкз=

 

Для точки К-2 → Sкз=

 

Данные по токам К.З. заносим в таблицу.

 

Таблица 6 Данные по расчету токов К.З.

 

Точка К.З. Iкз, кА I, кА iуд, кА Sкз, МВА
К-1        
К-2        

 

2.5 Выбор оборудования трансформаторной подстанции

по режиму короткого замыкания

 

Производим выбор электрооборудования со стороны 10 кВ и со стороны 0,4кВ. Выбор аппаратов, шин и изоляторов производим по номинальным данным Iн и Uн. Аппараты 10 кВ проверяем по режиму К.З. в точке К-1, а на стороне 0,4 кВ в точке К-2.

(для примера)

1. Выключатели нагрузки 10кВ

2. Шины РУ 10кВ

3. Опорные изоляторы для шин

4. Шины 0,4кВ

5. Автомат на главном фидере 0,4кВ

6. Трансформаторы тока 0,4кВ

 

1. Выбор выключателей нагрузки.

- По номинальному напряжению и току Uн=10 кВ Iн= 57,8 A;

- По роду установки и конструкции;

Выбираю выключатель нагрузки и его данные заношу в таблицу.

 

 

Таблица 7. Технические данные

 

Тип Uн,кВ Iн, А Iампл, кА It, кА t,сек Iоткл, кА
             

 

Проверяем по току отключения:

Iоткл Iкз ,

Условие выполняется.

Проверяем на динамическую устойчивость

Iампл iуд,; Выключатель нагрузки динамически устойчив.

 

Проверяем на термическую устойчивость

, кА2с

где t – время, в течении которого допускается заводом изготовителем действия тока It.

Выключатель нагрузки термически устойчив.

 

2. Выбор шин РУ 10кВ.

Сечение шин выбираем по току. На напряжение 10кВ выбираем шины,

S= мм2, Iдоп= А

Выбранные шины проверяем на динамическую устойчивость по формуле: [2, с.84]

 

σрасч= , (25)

 

где σ – динамическая устойчивость, кг/см3;

ℓ - расстояние между опорными изоляторами шинной конструкции (по ПУЭ), см;

а – расстояние между осями смежных фаз, см;

W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, см3. Определяется по формуле: [6, с.84]

 

W= , (26)

 

где b – толщина шины, см;

h – ширина шины, см.

 

Шины механически прочны, если выполняется условие

σрасч σдоп,

где σдоп – допустимое механическое напряжение в материале шин.

По справочным данным для данного типа алюминиевых шин

σдоп= 700 кг/см3

Условие выполняется.

 

Проверяем шины на термическую устойчивость.

Находим минимальное сечение шинопровода по термической стойкости по формуле: [6, с.86]

 

Smin= , мм2 , (27)

 

где I - установившийся ток, кА;

tпр – приведенное время К.З.(из справочника), сек;

С – термический коэффициент.

 

Находим tпр из графика ( по величинам t, βII)

βII= =1,

где β – отношение начального сверхпереходного тока к установившемуся в месте К.З.

Определяем время действия К.З. по формуле:

t= tз +tв =0,1+1,2=1,3

где tз – время действия защиты, сек;

tв – время действия выключающей аппаратуры, сек.

tпр= 1с

 

По формуле (27) находим минимальное сечение:

 

Smin<S ,

 

Шины термически устойчивы.

 

3. Выбираем опорные изоляторы для шин:

Изоляторы выбираем по номинальному напряжению Uн=10 кВ.

Выбираем изолятор типа , Uн= кВ, Fразр=кг

Проверяем на механическую нагрузку разрыва по формуле: [2, с.84]

 

Fрасч=1,76 , кгс (28)

 

где Fрасч – расчетное усилие на головку изолятора.

Изоляторы проверяем на разрушающее воздействие от ударного тока К.З. по формуле

Fрасч ,

где 0,6 – коэффициент запаса,

Fразр – разрушающая нагрузка на изгиб, кгс.

Изоляторы подходят.

 

4. Выбор шин РУ 0,4кВ

Сечение шин выбираем по току. Находим номинальный ток по формуле:

[6, с.271]

 

(29)

 

 

Шины должны удовлетворять условию , поэтому

, S= мм2, Iдоп= А

- условие выполняется

Проверяем выбранные шины на динамическую устойчивость по формуле 25:

 

Проверяем шины на термическую устойчивость.

Smin<S;

 

Шины термически устойчивы.

 

5. Выбор трансформаторов тока на 0,4кВ.

Трансформаторы тока выбираю по номинальному напряжению, номинальному току, роду установки и классу точности.

Выбираю трансформатор тока ; Uн= кВ, Iн1= А, Iн2= А;Sн2= ВА, Кt= , Кд=

Кt и Кд – допустимая кратность термической и динамической стойкости.

Проверяю трансформатор тока по нагрузке вторичной цепи Sн2 Sрасч ,

где Sн2 - допустимая (номинальная) нагрузка вторичной стороны трансформатора тока, ВА;

Sрасч – расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока в нормальном (рабочем) режиме, ВА.

Расчетная нагрузка во вторичной цепи определяется по формуле:

[6, с.90]

 

Sрасч2=Sпр+ (rпр+rк), ВА (30)

 

где Iн2 – номинальный ток вторичной обмотки, А;

Sпр – мощность подключаемых приборов, ВА;

rпр – сопротивление соединительных проводов (rпр=0,06), Ом;

rк – сопротивление контактов (rк=0,1), Ом.

условие выполняется.

Трансформаторы тока подходят по нагрузке по вторичной цепи.

Проверяем на термическую устойчивость по формуле:

Кt ;

Iн – из технических данных, I=Iкз на низкой стороне

Условие выполняется.

Проверяем на динамическую устойчивость, должно удовлетворятся условие:

Кд

 

Условие выполняется. Трансформатор тока подходит.

 

6. Выбор автомата на главном фидере 0,4кВ.

 

Выбор автоматических выключателей, установленных в шкафах ввода низкого напряжения, осуществляется по номинальному току и напряжению, по роду установки.

Выбираем автоматический выключатель марки .

Iн= А , Iампл= кА, Uн= кВ, It2t= кА2с

 

Таблица 8 Технические данные предохранителей

 

Тип Iн, А Iампл, кА
     

 

Проверяем на динамическую устойчивость

Iампл iуд;

Условие выполняется.

Проверяем на термическую устойчивость

It2 t I2 tпр;

Автомат подходит.

 

2.6 Выбор схемы электроснабжения цеха

 

Вычерчиваем схему электроснабжения цеха с учетом схемы 0,4 кВт выбранной подстанции.

В качестве схемы электроснабжения выбираем наиболее распространенную

на практике «смешанную» электрическую схему, в которую входят магистральные и радиальные (фидерные) линии. Такое решение принимаем в целях наиболее рационального использования проводникового материала (шинопроводов, кабелей и проводов) при дальнейшем удобстве в эксплуатации, обслуживании и ремонте электрических сетей цеха и оборудования.

Таким образом крупные и ответственные потребители получают питание по радиальной схеме электроснабжения, прочие – по магистралям.

Фидер 1–

Фидер 2-

Фидер 4 -

Фидер 5 -

Фидер 6- питает специальные станки

Фидер 7–

По мощности потребителей выбираем электродвигатели, их данные заносим в таблицу.

 

Таблица 9 Данные электродвигателей

 

Тип потребителя Тип двигателя Рп, кВт п, Об/мин ,% Cos Iп/Iном
Деревообрабатывающие станки            
Специальные станки            
Краны и тельферы            
Компрессоры            
Вентиляторы, кондиционеры            
Насосы, гидравл. электрооборудование            
Транспортеры            
Сушилка и нагреватели            
Металлорежущие станки            

 

 

2.7 Расчет сетей цеха

 

Расчет сетей цеха ведем по номинальному току электроприемника по формуле

- для электродвигателей

 

Iн= , (31)

 

где η – КПД данного типа двигателя, величина безразмерная.

- для РЩ по формуле:

 

Iн= , (32)

 

Для сетей освещения применяем четырехжильные кабели. До РЩ прокладываем кабели в коробе, от РЩ- в полу по трубам.

Находим токи и подбираем кабеля к оборудованию.

Параметры кабеля определяем из условия Iдоп Iн.

 

Данные расчетов сводим в таблицу.

 

Таблица 10 Данные кабелей

 

№ фидера Iн, А   Марка кабеля S,мм2 Iдоп r 0 Ом/км
Фидер №1            
Фидер №2            
Фидер №3            
Фидер №4            
Фидер №5          
Фидер №6            
Фидер №7          
Фидер №8          

 

 

2. 8 Коммутация и защита сетей

 

Принимаем решение об установке необходимой коммутационной и защитной аппаратуры. Это автоматические выключатели для распределительных щитов и потребителей. Автоматические выключатели снабжаются специальным устройством релейной защиты, которое в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты. Для этого используются тепловые и электромагнитные реле, Эти реле называют расцепителями. Выбираем автоматы по справочнику и данные сводим в сводную таблицу 11.

 

Таблица 11 Технические данные автоматов

 

Потребители Iн, А   Тип выключателя Iн, А выключателя
Фидер №1        
Фидер №2        
Фидер №3      
Фидер №4        
Фидер №5        
Фидер №6        
Фидер №7      
Фидер №8      

 

 

2.9 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

 

Повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повыше­ния КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Повышение коэффициента мощности на 0,01 в масштабе страны дает воз­можность дополнительного полезного отпуска электроэнергии в 500 млн. кВтч в год. Потре­бители электроэнергии, например, асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждают­ся как в активной, так и в реактивной мощностях, которые вырабатываются, как правило, син­хронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям.

Принимаем решение о повышении cosφ с cosφср.вз. = 0,72 (определен в п.2.2) до норм ПУЭ cosφ = 0,95, задается энергосистемой.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие группы:

1. Не требующие применения компенсирующих устройств.

а) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического ре­жима оборудования, а, следовательно, и к повышению коэффициента мощности;

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.