Электроснабжение механического цеха (реферат)

Введение

Энергетика нашей страны обеспечивает электроснабжение народного хозяйства и бытовые нужды различных потребителей электрической энергии. Основными потребителями являются промышленные предприятия, сельское хозяйство, коммунальные нужды. 70% всей электроэнергии расходуется на технологические процессы предприятий. Для передачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества существуют следующие энергосистемы: Цеховая – обеспечивающая энергоснабжение потребителей, Заводская – служат для электроснабжения основных цехов и вспомогательных объектов, Городские или Районные – служат для электроснабжение предприятий, сельского хозяйства, коммунальных объектов. При проектировании электроснабжения необходимо учитывать технико-экономические аспекты. При выборе напряжений питающих линий, сети и чисел трансформаторных подстанций, систем управления, защиты – должны учитывать усовершенствования технологического процесса, роста мощностей при номинальном напряжении. Для других электрических приемниках активная номинальная мощность Pн[кВт] или полная мощность S [кВ×А], потребляемая из сети при номинальном напряжении. Номинальная мощность электроприемника обозначается на заводской таблице или в паспорте. Паспортная мощность электрического приемника повторно кратковременного режима в расчетах приводится номинально – длительной мощности при ПВ=1 по формуле:

Pн =Pпасп ÖПВ%;

Sн =Sпасп ÖПВ%;

где ПВ – паспортная продолжительность включения, в долях единицы.

Групповая номинальная активная мощность Pн – это сумма номинальных(паспортных), активных мощностей отдельных рабочих приемников, приведенных к ПВ=1, кроме резервных

n

Pн =åPн;

1

По полученным результатам осуществляется выбор количества и мощности трансформатора.

Определение расчетных нагрузок промышленных предприятий базируются на следующих положениях:

а) большинство механизмов работают с переменной нагрузкой и электрические двигатели этих механизмов, выбранные по наиболее тяжелым режимам, значительную часть времени оказываются незагруженными.

б) не все электрические приемники включены одновременно и постоянно. Время их работы и остановки зависит от технологического режима производства.

в) в отдельные моменты времени нагрузка может превышать среднюю величину мощности за счет изменения технологического процесса. Возникает необходимость определения максимально возможного значения потребляемой мощности в течение какого-то периода времени. Эту мощность называют максимальной.

г) При включении крупных осветительных приемников, так же при запуске асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором, происходят увеличение потребления мощности над средним и минимальным значениями.

Значения мощности длительностью несколько секунд называют типовыми.

При расчете электрических установок, не всегда есть график нагрузок и поэтому прибегают к расчетным коэффициентам. С их помощью можно определить основные параметры графика нагрузки.

Такие расчетные коэффициенты вычислены в экспериментальных работах по изучению характера нагрузок на предприятиях.

1. Характеристика приемников

приемник цех подстанция распределительный

Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.

Различают три характерные группы приемников:

1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т.п.
2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др), гидравлических затворов и т.д.
3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п.

Надежность (бесперебойность) питания. С точки зрения обеспечения надежного и бесперебойного питания, приемники электрической энергии делятся на три категории:

1-я категория – приемники, перерыв в элекроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса производства.

2-я категория – приемники, перерыв в электроснабжении которых связан с существенным недоотпуском продукции, простоем людей, механизмов, промышленного транспорта.

3-я категория – приемники, не подходящие под определения 1-й и 2-й категорий (например, приемники второстепенных цехов, не определяющих технологический процесс основного производства).

Вопрос о надежности электроснабжения потребителей связан с числом источников питания, схемой электроснабжения и категорией потребителей. Приемники 1-й категории должны иметь не менее двух независимых источников питания. Приемники 2-й категории могут иметь один-два источника питания (решается конкретно в зависимости от значения, которое имеет данное промышленное предприятие в народном хозяйстве страны, и местных условий). Приемники 3-й категории, как правило, могут иметь один источник питания, но если по местным условиям можно обеспечить питание без существенных затрат и от второго источника, то применяется резервирование питания и для этой категории приемников.

Потребителями электроэнергии в цеху являются средние по мощности приемники электрической энергии-станки, печи, сварочные аппараты, пилы, прессы, подъёмно-транспортные устройства, вентиляторы с установленной мощностью от 0,85 до 75 кВт. Все приемники электроэнергии питаются трёхфазным переменным током на напряжение 380 В промышленной частоты. По надежности электроснабжения относятся ко 2-ой и 3-ей категории, устанавливаются стационарно и по площади участка распределены равномерно. Микроклимат на участке нормальный, то есть температура не превышает +30ºС, отсутствует технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу оборудования.

В задании на проектирование установленная мощность электроприемников приведена к длительному режиму.

2. Определение раcчетной мощности

Электрические нагрузки являются исходными данными для решения комплекса вопросов при проектировании системы электроснабжения цеха и в целом промышленного предприятия.

Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения и производится для выбора трансформаторов цеховых ТП, токоведущих элементов, компенсирующих установок, защитных устройств и т.д.

Исходными данными для определения электрических нагрузок являются количество и мощность приемников электроэнергии, находящихся в цехе, категория по степени бесперебойности электроснабжения, характеристика окружающей среды помещений.

Для определения расчетных нагрузок групп электроприемников цеха наибольшее применение, получил метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузки. Этот метод позволяет по номинальной мощности и характеристике приемников определить расчетный максимум нагрузки.

Расчет электрических нагрузок ведется по длительному режиму работы приемников. При наличии приемников электроэнергии, работающих в повторно-кратковременном режиме, установленная мощность Ру, кВт, должна быть приведена к длительному режиму по одной из формул:

для двигателей повторно-кратковременного режима

,                                                                     

для трансформаторов электропечей

для трансформаторов сварочных машин и сварочных трансформаторов ручной сварки

где ПВ – номинальная (паспортная) продолжительность включения, о.е.;

Р_н – паспортная мощность электродвигателя при относительной номинальной продолжительности включения, кВт;

S_н – паспортная мощность трансформатора, кВА;

Cosφ_н – коэффициент мощности электропечи, сварочного аппарата или сварочного трансформатора при номинальных условиях.

Порядок определения расчетной нагрузки цеха методом упорядоченных диаграмм.

Все электроприемники разбиваются на характерные группы с одинаковым режимом работы, например: металлорежущие станки, насосы и вентиляторы, подъемно-транспортные устройства, электропечи и т.д.

По каждой характерной группе определяется суммарная номинальная мощность , в которую входят мощности при ПВ=1ОО%.

Расчет нагрузок ведется за наиболее загруженную смену длительностью Т_см, для каждой группы приемников определяется средняя мощность

,

где Р_нi – установленная (номинальная) мощность отдельных приемников;

k_i – коэффициент использования.

Для определения общего максимума нагрузки нескольких групп необходимо найти общее эффективное число электроприемников всех групп n_э. Допускаются следующие упрощения по определению n_э.

При отношении мощности наибольшего приемника в рассматриваемой группе к мощности наименьшего

допускается принимать n_э≈n>4.

При m> 3 и k_i > 0,2 эффективное число электроприемников может определяться по упрощенной формуле

Далее определяется средневзвешенное значение коэффициента использования

По значениям n_э и К_i определяется значение коэффициента максимума К_м [l].

После этого определяется максимальная расчетная нагрузка

;

При n_э <10

При n_э >10

Расчет удобно вести в табличной форме (таблица 1).

Расчетные активные и реактивные нагрузки силовых приемников по цеху в целом определяются суммированием соответствующих нагрузок по группам и т.д.

Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса:

где k_с.о – коэффициент спроса для освещения, принимаемый по справочным данным [2];

Р_н.о – установленная мощность приемников электрического освещения, которая может быть определена по формуле

где F – площадь цеха, м²;

Р_уд.о– удельная нагрузка Вт/м² [2].

Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников без учета КУ определяется из соотношения

Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников с учетом КУ определяется из соотношения

потери активной мощности в трансформаторе:

кВт;

потери реактивной мощности в трансформаторе:

кВАр;

Суммарные расчетные активные и реактивные мощности:

,

где  – соответствует естественному коэффициенту мощности без КУ

-соответствует нормативному коэффициенту мощности ,

где суммарная силовая активные и реактивные нагрузки

расчетная мощность осветительной сети приближенная

мощность компенсирующих устройств

-активные и реактивные потери в трансформаторе

По расчетной мощности компенсирующего устройства выбираем тип и номинальную мощность компенсирующего устройства.

Определение расчетной силовой нагрузки методом упорядоченных диаграмм на примере группы сварочных машин.

Для группы электроприемников, в данном случае для электросварочных машин, определяем суммарную номинальную мощность

Для определения общего максимума нагрузки нескольких групп необходимо найти общее эффективное число электроприемников всех групп n_э.

При m> 3 и k_i > 0,2 эффективное число электроприемников может определяться по упрощенной формуле

Далее определяется средневзвешенное значение коэффициента использования

По значениям n_э и К_i определяется значение коэффициента максимума К_м=1,87 [l].

После этого определяется максимальная расчетная нагрузка

;

;

Т.к n_э <10

Для сварочных машин (например, электроприемник №33)

Расчет силовой нагрузки групп сведем в таблицу 1.

Определение осветительной нагрузки

Расчетная нагрузка осветительной сети определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса

где k_с.о =0,8 [2];

Р _н.о – установленная мощность приемников электрического освещения, которая может быть определена по формуле

Р _р.о =Р _н.о∙К _с.о = 15∙1152∙0,8=13,82кВт

Где F=24∙ 48=1152м² – площадь цеха;

Р_уд.о=15 Вт/м² удельная нагрузка [2].

Определение полной расчетной мощности приемников цеха

Силовая суммарная мощность силовых и осветительных приемников цеха из таблицы 1 равна

Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников без учета КУ определяется из соотношения

^S_P^=

Потери активной мощности в трансформаторе: =0,01 ^S_P^=0,01∙1375=13,75 кВт

Потери реактивной мощности в трансформаторе: =0,1 ^S_P^=0,1∙ 1375=137,5 кВАр

Суммарные расчетные активные и реактивные мощности:

Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников с учетом КУ:

По мощности Q_ку выбираем компенсирующее устройство УК – 0,38–800НЛУЗ

3. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой ТП

Число трансформаторов определяется по

где S_Н.ТР – номинальная мощность трансформатора, кВА;

S_p – расчетная мощность цеха, кВА;

K_з – коэффициент загрузки трансформатора, который рекомендуется применять в следующих пределах:

для цехов с преобладающей нагрузкой первой категории при двухтрансформаторных подстанциях – 0,65 – 0,7;

для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при однотрансформаторых подстанциях – 0,7 – 0,8;

для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования централизованного резерва трансформаторов и для цехов с нагрузками III категории – 0,9 – 0,95.

Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов должен производиться на основании технико-экономических расчетов, исходя из удельной плотности нагрузок, полной расчетной нагрузки (корпуса, отделения, цеха) и других факторов.

При плотности нагрузки напряжением 380 В до 0,2 кВА/м² целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно, при плотности 0,2–0,3 кВА/м² – мощностью 1600 кВА.

При плотности более 0,3 кВА/м² целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600 кВА или 2500 кВА должна определяться технико-экономическим расчетом.

Для проведения технико-экономических расчетов необходимо наметить возможные установки трансформаторов, например:

1       вариант – 2 трансформатора по 1600 кВА;

2       вариант – 2 трансформатора по 2500 кВА.

Для выбранных типов трансформаторов по справочным данным находят их параметры:

Порядок проведения расчета.

Сначала определяется коэффициент загрузки в нормальном режиме К_з.н для трансформаторных ТП:

где S_p – расчетная мощность цеха,

S_Н.ТР – номинальная мощность трансформатора, кВА

Затем определяется коэффициент загрузки в аварийном режиме:

Далее определяется экономически целесообразный режим, для чего находят:

реактивную мощность холостого хода трансформатора

;

реактивную мощность, потребляемую трансформатором при номинальной паспортной нагрузке:

приведенные потери мощности xx трансформатора, учитывающие потери в самом трансформаторе и в элементах системы, создаваемые им в зависимости от реактивной мощности, потребляемой трансформатором;

аналогично потери КЗ

где К_И.П.– коэффициент изменения потерь (задается энергосистемой; когда величина его не задана, можно принимать 0,07 кВт/квар);

приведенные потери мощности в одном трансформаторе

соответственно для двух трансформаторов

где k_з – коэффициент загрузки трансформаторов;

годовые эксплуатационные расходы

где К – капитальные вложения на трансформаторы, тыс. руб.;

j – коэффициент амортизационных отчислений;

стоимость потерь электроэнергии С_п при заданной стоимости электроэнергии С_о

где ∆Э – потери электроэнергии, кВтч;

суммарные годовые эксплуатационные расходы

После этого определяются затраты

Расчет ведется для каждого из рассматриваемых вариантов и выбирается вариант с меньшими приведенными затратами.

Выбор трансформаторов

На цеховых ТП применяются трансформаторы марки ТМ (масляные трансформаторы).

1 вариант:

ТМ 1000/10

Определим число трансформаторов:

принимаем 2 шт.

По справочным данным найдём параметры трансформатора [3]:

Коэффициент загрузки в нормальном режиме при двухтрансформаторных ТП:

Коэффициент загрузки в аварийном режиме:

Реактивная мощность холостого хода трансформатора:

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором при номинальной паспортной нагрузке:

Приведенные потери мощности хх трансформатора, учитывающие потери в самом трансформаторе и в элементах системы, создаваемые им в зависимости от реактивной мощности, потребляемой трансформатором:

потери КЗ:

Приведенные потери мощности для двух трансформаторов

Годовые эксплуатационные расходы:

Стоимость потерь электроэнергии:

Потери электроэнергии, кВт∙ч

Т – годовое число часов работы цеха при числе смен 2.

Суммарные годовые эксплуатационные расходы:

Суммарные годовые эксплуатационные затраты:

нормативный коэффициент экономической эффективности, срок окупаемости 6 лет

2 вариант:

ТМ 1600/10

Определим число трансформаторов:

принимаем 1 шт.

Параметры трансформатора:

Коэффициент загрузки в нормальном режиме:

Реактивная мощность холостого хода трансформатора:

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором при номинальной паспортной нагрузке:

Годовые эксплуатационные расходы:

Стоимость потерь электроэнергии:

Потери электроэнергии, кВт∙ч

Суммарные годовые эксплуатационные расходы:

Суммарные годовые эксплуатационные затраты:

Выбираем вариант с одним трансформатором на 1600/10

4. Определение типа и местоположения подстанций

По месту нахождения на территории объекта различает следующие подстанции:

• отдельно стоящие на расстоянии от зданий;
• пристроенные, непосредственно примыкающие к основному зданию снаружи;
• встроенные, находящиеся в отдельных помещениях внутри здания, но с выкаткой трансформаторов наружу;
• внутрицеховые, расположенные внутри производственных зданий с размещением электрооборудования непосредственно в производственном или отдельном закрытом помещении с выкаткой электрооборудования в цехи.

В промышленных сетях напряжением 6… 10 кВ в целях наибольшего приближения к электроприемникам рекомендуется применять внутренние, встроенные в здания или пристроенные к ним подстанции. Встроенные и пристроенные подстанции обычно располагаются вдоль одной из длинных сторон цеха, желательно ближайшей к источнику питания, или же при небольшой ширине цеха в шахматном порядке вдоль двух его сторон.

Внутрицеховые подстанции могут размещаться только в зданиях с первой и второй степенями огнестойкости и с производствами, отнесенными к категориям Г и Д согласно противопожарным нормам. Число масляных трансформаторов на внутрицеховых подстанциях не должно быть более трех.

Эти ограничения не распространяются на трансформаторы сухие или заполненные негорючей жидкостью.

Отдельно стоящие ТП применяются, например, при питании от одной подстанции нескольких цехов, при невозможности размещения подстанций внутри цехов или у наружных стен по соображениям производственного или архитектурного характера при наличии в цехах пожароопасных или взрывоопасных производств.

Выбор местоположения, типа, мощности и других параметров ТП в основном обуславливается величиной и характером электрических нагрузок и размещением их на генплане и в производственных, архитектурно – строительных и эксплуатационных требованиях. Важно, чтобы ТП располагалась возможно ближе к центру питаемых ею нагрузок. Намеченное место расположения уточняется по условиям планировки предприятия, ориентировочных габаритов и типа (отдельно стоящая, пристроенная, внутренняя, закрытая, комплектная) подстанции.

При выборе места расположения подстанции следует учитывать продолжительность работы приемников. Очевидно, что при одинаковой расчетной нагрузке, но различном числе часов работы подразделений завода подстанция должна быть расположена ближе к группе потребителей с большей продолжительностью работы (с большим коэффициентом использования).

К комплектным распределительным устройствам напряжением до 1 кВ относятся распределительные щиты, силовые пункты, щиты станций управления и т.п.

Распределительные щиты предназначены для приема и распределения электроэнергии переменного и постоянного тока напряжением до 1 кВ. Устанавливают их на трансформаторных и преобразовательных подстанциях, в машинных залах и на электростанциях. Щиты изготовляют в открытом и закрытом (шкафном) исполнении.

Щиты открытого исполнения состоят из панелей, устанавливаемых в специальных электротехнических помещениях. Щиты закрытого исполнения устанавливают в шкафах в цехах промышленных предприятий.

По условиям обслуживания щиты бывают с двусторонним обслуживанием и односторонним. Щиты с двусторонним обслуживанием часто именуют свободно стоящими, поскольку они требуют для обслуживания устройства проходов с двух сторон – с лицевой и задней, и, таким образом, их устанавливают в отдалении от стен. Щиты с односторонним обслуживанием принято называть прислонными, так как обычно их устанавливают непосредственно у стен помещения, обслуживают с лицевой стороны. Каркасы панелей в современных конструкциях щитов выполняют с применением различных профилей из листовой стали.

В качестве коммутационных и защитных аппаратов на щитах устанавливают рубильники, предохранители, блоки выключатель – предохранитель, выключатели. Для обеспечения автоматической работы по схеме АВР на щитах устанавливают релейную аппаратуру.

Распределительные щиты серии ЩО-70 предназначены для распределения электроэнергии трехфазного тока напряжением 380 В. Щиты рассчитаны на одностороннее обслуживание, защитных ограждений сверху и сзади не имеют. Щиты комплектуются из вводных, линейных, секционных и торцовых моделей.

Для смены предохранителей, осмотра и ремонта аппаратуры на каждой панели, кроме секционных, на фасадной стороне предусмотрена одностворчатая дверь, на которой установлены приводы рубильников или кнопки управления выключателей.

Для присоединения трех или четырех кабелей к аппаратам на номинальные токи 630 и 1000 А в панелях предусмотрены шинные сборки.

5. Выбор схемы электроснабжения цеха

Основным условием рационального проектирования сети электроснабжения промышленного объекта является принцип одинаковой надежности питающей линии (со всеми аппаратами) и одного электроприемника технологического агрегата, получающего питание от этой линии. Поэтому нет смысла, например, питать один электродвигатель технологического агрегата по двум взаиморезервируемым линиям. Если технологический агрегат имеет несколько электроприемников, осуществляющих единый, связанный группой машин технологический процесс, и прекращение питания любого из этих электроприемников вызывает необходимость прекращения работы всего агрегата, то в таких случаях надежность электроснабжения вполне обеспечивается при магистральном питании. В отдельных случаях, когда требуется высокая степень надежности питания электроприемников в непрерывном технологическом процессе, применяется двустороннее питание магистральной линии.

Магистральная схема питания электроприемников цеха

Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха

Магистральная схема цеховой сети с двусторонним питанием

Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.

Для питания большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади цеха,

применяются схемы с двумя видами магистральных линий: питающими и распределительными. Питающие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин трансформаторной подстанции (ТП), если главные магистрали не применяются (рис. 6.2).

К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.

Следует учитывать недостаток магистральных схем, заключающийся в том, что при повреждении магистрали одновременно отключаются все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.

Рис. 6.2 Схема питающих и распределительных линий в цехе

Радиальные схемы питания характеризуются тем, что от источника питания, например от ТП, отходят линии, питающие непосредственно мощные электроприемники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприемники (рис. 6.3).

Рис. 6.3

Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии.

Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах ТП, что мало вероятно вследствие достаточно надежной конструкции шкафов этих ТП.

Сосредоточение на ТП аппаратов управления и защиты отдельных присоединений позволяет легче решать задачи автоматизации в системе распределения электроэнергии на напряжении до 1 кВ, чем при рассредоточенном расположении аппаратов, что имеет место при магистральной системе.

Радиальные схемы питающих сетей с распределительными устройствами или щитами следует применять при наличии в цехе нескольких достаточно мощных потребителей, не связанных единым технологическим процессом или друг с другом настолько, что магистральное питание их нецелесообразно.

К числу таких потребителей могут быть отнесены электроприемники, требующие применения автоматических выключателей на номинальный ток 400 А и более с дистанционным управлением.

В чистом виде радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение на практике находят смешанные схемы, сочетающие элементы радиальных и магистральных схем. В крупных цехах металлургических заводов, литейных, кузнечных и механосборочных цехах машиностроительных заводов, на заводах искусственного волокна и других предприятиях всегда имеются и радиальные, и магистральные схемы питания различных групп потребителей.

В цехах машиностроительных и металлургических заводов находят применение схемы магистрального питания с взаимным резервированием питания отдельных магистралей. Схема на рис. 6.4 позволяет вывести в ремонт или ревизию один из трансформаторов и, используя перегрузочную способность, обеспечить питание нескольких магистралей от одного, оставшегося в работе трансформатора. Такая схема питания позволяет безболезненно выводить в ремонт или ревизию один из трансформаторов во время ремонта технологического оборудования.

Рис. 6.4 Схема взаимного резервирования питающих магистралей цеха

При неравномерной загрузке технологического оборудования в течение суток (например, пониженная нагрузка в ночные или ремонтные смены) схемы с взаимным резервированием питания магистралей обеспечивают возможность отключения незагруженных трансформаторов.

Большое значение для повышения надежности питания имеют перемычки между отдельными магистралями или соседними ТП при радиальном питании (рис. 6.5).

Схема резервирования при радиальном питании потребителей цеха

Такие перемычки, обеспечивая частичное или полное взаимное резервирование, создают удобства для эксплуатации, особенно при проведении ремонтных работ. Проектирование сетей во всех случаях должно выполняться на основе хорошего знания проектировщиком-электриком технологии проектируемого предприятия, степени ответственности отдельных электроприемников в технологическом процессе.

Большое влияние на принимаемые решения оказывают условия окружающей среды в проектируемом цехе.

Располагать электрооборудование в пожаро и взрывоопасных или пыльных помещениях следует только в случае острой необходимости, когда другие решения оказываются нерациональными или крайне сложными.

При этом следует иметь в виду, что в этих неблагоприятных средах, как правило, применяется специально сконструированное оборудование.

В условиях неблагоприятных сред магистральные схемы нежелательны, так как при их применении коммутационные аппараты неизбежно рассредоточены по площади цеха и подвергаются воздействию агрессивной среды. В таких цехах наибольшее применение находят радиальные схемы питания, при которых все коммутационные аппараты располагаются в отдельных помещениях, изолированных от неблагоприятных агрессивных и взрывоопасных сред.

6. Выбор напряжения цеховой сети

Цеховые электрические сети до 1000 В выполняются на следующие стандартные напряжения трехфазного переменного тока:

Напряжение на зажимах                                Напряжение на зажимах

генераторов и трансформаторов, В                      приемников, В

133                                             127

230                                              220

400                                              380

690                                              660

Использование напряжений 127 и 220 В для питания электродвигателей экономически не оправдано ввиду больших потерь электроэнергии и большего расхода цветного металла. Напряжение 127В иногда применяется для питания однофазных электродвигателей малой мощности или осветительных сетей в особых помещениях, например в подземных установках. Напряжение 220 В как фазное напряжение в сетях 380–220 В применяется для целей освещения, питания мелких однофазных электродвигателей и нагревательных приборов. Самое широкое распространение для питания электродвигателей в системах электроснабжения промышленных предприятий получило напряжение 380 В, которое используется также в системах с заземленным нулевым проводом для питания осветительных установок.

Система 380–220В удовлетворяет основным условиям питания потребителей:

а)       возможности совместного питания осветительных приборов
и электродвигателей;

б)      относительно низкому напряжению между «землей» и «проводом» (220 В).

Для уменьшения потерь электроэнергии в цеховых сетях следует применять напряжения не ниже 380 В. Напряжение 500 В из стандартных величин в СССР исключено, так как его применение связано с рядом трудностей, которые обусловлены тем, что напряжение 500 В не является следующей ступенью по отношению к напряжению 380 В.

Из изложенного вытекают следующие положения:

1. Для цеховых электрических сетей, как правило, выгоднее
   применять систему напряжений 380–220 В.
2. Для производств с повышенной удельной нагрузкой на 1 м²
   поверхности пола цеха и мощными двигателями до 700 кВт целесообразно применять напряжение 660 В.
3. При выборе напряжения цеховых сетей необходимо учитывать технологические особенности производства.

Таким образом, для электроснабжения столярного цеха выгоднее применить напряжение 380 В.

7. Выбор сечений проводов

Для определения расчетного тока двигателей приемников электроэнергии используем выбранные типы двигателей и их каталожные данные.

;

Расчетный ток трансформаторов сварочных машин

;

Расчетный ток трансформаторов электрических печей

;

Пример выбора провода для приемника №10 по плану – станка трубогибочного.

Расчетный ток

Распределительную сеть выполняем проводом марки АПВ (алюминиевые жилы, поливинилхлоридная изоляция). Сечение провода выбираем по ПУЭ[8] из таблице, допустимый ток I_доп= 105 мм² и сечение АПВ (3*50мм²+1*35мм²).

8. Выбор распределительных пунктов

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды изготавливают шкафы различных серий, например, СП, ШРС, ПР.

Принимаем распределительные шкафы серии ПР11, предназначенные для распределения электроэнергии, защите электрических установок до 660 В и прямых пусков асинхронных двигателей. Шкаф представляет собой унифицированный металлический корпус, в котором на горизонтальных профилях устанавливается соответствующая аппаратура. Для обслуживания предусмотрена одностворчатая дверь, запирающаяся на замок. Линии электропитания подключаются либо к вводному выключателю, либо к специальным вводным зажимам. Отходящие групповые линии подключаются к соответствующим автоматическим выключателям. Внутри шкафа расположена нулевая рабочая и защитная шины. Вводные выключатели и выключатели на отходящих линиях в шкафах допускают присоединение на фазу медных и алюминиевых проводов. Шкафы размещают либо на стене (навесное исполнение), либо в нише стены (утопленное исполнение), либо на полу помещения (напольное исполнение).

Пример выбора силового пункта СП-1

Для распределения электроэнергии по отдельным электроприемникам устанавливаем силовые пункты. Расчетную мощность определяем по методу упорядоченных диаграмм.

Суммарная номинальная мощность силового пункта складывается из мощности питаемых приемников

.

Расчет нагрузок ведется за наиболее загруженную смену длительностью Т_см, для каждой группы приемников определяется средняя мощность

. Коэффициент использования и cosφ для станков при производстве принимаем для каждого приемника [4].

Эффективное число приемников для СП-1 составит:

Коэффициенты максимума определяем по графику [1].K_м =2.87

Расчетные активные мощности составят

;

;

Расчетный ток линии, питающей СП, составит

Распределительную сеть выполняем проводом марки АПВ (алюминиевые жилы, поливинилхлоридная изоляция). Для питания силовых пунктов выбираем кабель марки АПВБГ (алюминиевые жилы, изоляция из полиэтилена, оболочка из поливинилхлоридного пластика, броня из двух стальных лент с противокоррозионным покрытием). Выбор жил кабелей производится аналогично выбору сечений проводов, по допустимому току. Силовые кабели прокладывают по поверхности стен и закрепляют при помощи скоб (две-три на каждый метр трассы).

9. Согласование защиты с выбранными сечениями

Требуется определить сечение кабеля к силовому пункту, определить токи расцепителей, провести согласование допустимого тока кабеля и расцепителя.

Определяем длительный расчетный ток:

Определяем кратковременный ток:

По справочнику выбираем автомат АВМ-4С, 400А с

,

где I₁ – уставка тока срабатывания максимального расцепителя на шкале обратнозависимой от тока характеристики;

I_y – уставка тока срабатывания максимального расцепителя на шкале независимой от тока характеристики(отсечки).

Проверяем невозможность ложного срабатывания автомата, который имеет большой пусковой ток.

Определяем табличные значения допустимого тока кабеля и его сечение:

АПВБГ -1 (4*70)

Проверяем соответствие сечения кабеля. АВМ-4С, 400Аимеет регулирование тока уставки на шкале обратно зависимой характеристике. Кратность допустимого тока кабеля должна определяться по отношению к току срабатывания расцепителя I_з=150A

где I_з – ток срабатывания автоматического выключателя равен I₁

k_з – кратность допустимых токов.

Для автоматических выключателей k_з=0,66 [6].

10. Выбор коммутационных аппаратов

Предохранители напряжением до 1 кВ

Предохранители применяются для защиты электроустановок от токов КЗ. Защита от перегрузок с помощью предохранителей возможна только при условии, что защищаемые элементы установки будут выбраны с запасом по пропускной способности, превышающим примерно на 25% номинальный ток плавкой вставки.

Плавкие вставки предохранителей выдерживают токи, превышающие на 30…50% их номинальные токи в течение одного часа и более. При токах, превышающих номинальный ток плавких вставок на 60… 100%, они плавятся за время менее одного часа.

Наиболее распространенными предохранителями, применяемыми для защиты электроустановок напряжением до 1 кВ, являются:

ПР – предохранитель разборный;

НПН – насыпной предохранитель, неразборный;

ПНР-2 – предохранитель насыпной, разборный.

Шкала номинальных токов предохранителей 15… 1000 А.

Наполнителем является кварцевый мелкозернистый песок.

Плавкие предохранители делят на инерционные – с большой тепловой инерцией, т.е. способностью выдерживать значительные кратковременные перегрузки током; безынерционные – с малой тепловой инерцией, т.е. с ограниченной способностью к перегрузкам. К первым относятся предохранители с винтовой резьбой и свинцовым токопроводящим мостиком, ко вторым – трубчатые предохранители с медным токопроводящим мостиком.

Предохранители выбираются согласно условиям

– для линии с ЭД и легким пуском;

I_ВС – ток плавкой вставки, А;

Пример выбора предохранителя для электроприемника №20 по плану – Консольный поворотный кран

Выбор предохранителей для приемников электроэнергии сведем в таблицу 4.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели (автоматы), не обладая недостатками предохранителей, обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей сетей, как от токов перегрузки, так и от токов короткого замыкания. Кроме того, они используются для управления при нечастых включениях и отключениях. Таким образом, автоматические выключатели совмещают в себе одновременно функции защиты и управления.

Для выполнения защитных функций автоматы снабжаются либо только тепловыми, либо только электромагнитными расцепителями, либо комбинированными расцепителями (тепловыми и электромагнитными). Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки, а электромагнитные – от токов короткого замыкания.

Действие тепловых расцепителей автоматов основано на использовании нагрева биметаллической пластинки, изготовленной из спая двух металлов с различными коэффициентами теплового расширения. В расцепителе при токе, превышающем тот, на который они выбраны, одна из пластин при нагреве удлиняется больше и вследствие большего ее удлинения воздействует на отключающий пружинный механизм. В результате чего коммутирующее устройство автомата размыкается.

Электромагнитный расцепитель представляет собой электромагнит, который воздействует на отключающий пружинный механизм. Если ток в катушке превышает определенное, заранее установленное значение (ток трогания или ток срабатывания), то электромагнитный расцепитель отключает линию мгновенно. Настройку расцепителя на заданный ток срабатывания называют уставкой тока. Уставку тока электромагнитного расцепителя на мгновенное срабатывание называют отсечкой. Электромагнитные расцепители не реагируют на токи перегрузки, если они меньше уставки срабатывания.

В зависимости от наличия механизмов, регулирующих время срабатывания расцепителей, автоматы разделяются на неселективные с временем срабатывания 0,02… 0,1 с, селективные с регулируемой выдержкой времени и токоограничивающие с временем срабатывания не более 0,005 с.

Условия выбора автоматического выключателя:

где U_н.а – номинальное напряжение автомата, В;

U_c – напряжение сети, В;

I_н.а – номинальный ток автомата, А;

I_н.р – номинальный ток расцепителя, А;

I_дл – длительный ток в линии, при защите двигателя равен расчетному, А;

I_кр – пусковой ток, при защите двигателя равен пусковому току, А;

I_з – ток срабатывания расцепителя, при защите двигателя равен уставке тока срабатывания максимального расцепителя на шкале обратнозависимой от тока характеристики, А;

Пример выбора автоматического выключателя для электроприемника №4 по плану – продольная пила.

По таблице [7] выбираем автомат АВМ-4Н, 120А

,

где I₁ – уставка тока срабатывания максимального расцепителя на шкале обратнозависимой от тока характеристики;

I_y – уставка тока срабатывания максимального расцепителя на шкале независимой от тока характеристики(отсечки).

Проверяем невозможность ложного срабатывания автомата, который имеет большой пусковой ток.

Определяем табличные значения допустимого тока кабеля и его сечение:

АПВ (3*50+1*35)

Проверяем соответствие сечения кабеля.

АВМ-4Н, 120А имеет регулирование тока уставки на шкале обратно зависимой характеристике. Кратность допустимого тока кабеля должна определяться по отношению к току срабатывания расцепителя I_з=150A

где I_з – ток срабатывания автоматического выключателя равен I₁

k_з – кратность допустимых токов.

Для автоматических выключателей k_з=0,66 [6].

Выбор автоматических выключателей для приемников электроэнергии сведем в таблицу 5.

11. Выбор шинопровода

Жесткий токопровод напряжением до 1 кВ заводского изготовления, поставляемый комплектными секциями, называется шинопроводом. Шинопроводы различных серий и типов комплектуются из отдельных секций различной конфигурации и назначения. Секции могут быть прямые, угловые, гибкие, вводные, ответвительные, компенсационные, переходные, подгоночные. Длины секций унифицированы и кратны 770 мм.

Ответвления от магистрального шинопровода выполняются при помощи специальных ответвительных секций (коробок), которые устанавливаются в местах соединения секций. Шинопроводы со степенью защиты оболочкой IP 00 и IP20 должны устанавливаться на высоте не менее 3,5 м от пола или площадки обслуживания. Прокладка шинопроводов на на высоте более 7 м не рекомендуется из-за увеличения длины ответвлений и сложности обслуживания. В процессе эксплуатации. Трассы шинопроводов целесообразно располагать по стенам и колоннам здания, вдоль нижнего пояса строительных и подстроительных ферм, подкрановых балок. В крановых пролетах магистральный шинопровод должен располагаться в мертвой зоне кранов.

Распределительные шинопроводы ШРА (с алюминиевыми шинами) и ШРМ (с медными шинами) предназначены для передачи и распределения электроэнергии напряжением 380/220 В при возможности непосредственного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью. Номинальный ток ШРА – 250,400 и 630 А; ШРМ – 100 и 250 А. Распределительные шинопроводы устанавливаются в непосредственной близости от технологического оборудования на высоте не менее 2,5 м. Распределительные шинопроводы крепят так же, как и магистральные: на стойках, кронштейнах, подвесах.

Пример выбора шинопровода – ШРА1.

Распределительные шинопроводы типа ШРА выбирают по току, определяемому по получасовому максимуму нагрузок присоединенных к нему электроприемников, и проверяются по электродинамической стойкости токами КЗ.

При подводе питания в начало линии шинопровода:

где I_ном – номинальный ток шинопровода.

Расчетная нагрузка на шинопроводы определяется методом упорядоченных диаграмм. Суммарная номинальная мощность шинопровода складывается из мощности питаемых приемников

.

Расчет нагрузок ведется за наиболее загруженную смену длительностью Т_см, для каждой группы приемников определяется средняя мощность

Коэффициент использования и cosφ для станков принимаем для каждого приемника[4]. Учитывая, что от шинопровода питается большое число потребителей, n_эф будем определять упрощенным способом [4]. Для ШРА – 1 отношение m>3, а К_i<0,2 поэтому n_эф определяем по формуле:

где n – фактическое число приемников в рассматриваемой группе:

n₁ – число наибольших приемников в группе, мощность каждого из которых не менее половины мощности наибольшего приемника (включая сам наибольший приемник);

P_ном – суммарная номинальная мощность приемников всей группы;

Р_ном1 – суммарная номинальная мощность n₁ наибольших приемников группы.

Для ШРА-1

Определяем коэффициент максимума для ШРА-1 [1].K_м =1,77

Расчетные активные мощности составят

;

;

Расчетный ток на ШРА-1 составит

К установке принимаем шинопровод ШРА с номинальным током 250 А.

Аналогично выбираем шинопровод ШРА2 (ШРА на 250 А).

Распределение электроэнергии к отдельным приемникам осуществляем от ответвительных коробок шинопроводов проводом марки АПВ, проложенным в металлорукавах.

12. Технико-экономический расчет

Технико-экономические расчеты выполняют для выбора:

• наиболее рациональной схемы электроснабжения цехов и предприятия в целом;

2) экономически обоснованного числа, мощности и режима работы трансформаторов ГПП и ТП;

3) рациональных напряжений в системе внешнего и внутреннего электроснабжения предприятия;

4) экономически целесообразных средств компенсации реактивной мощности и мест размещения компенсирующих устройств;

• электрических аппаратов и токоведущих устройств;
• сечений проводов, шин и жил кабелей;
• целесообразной мощности собственных электростанций и генераторных установок в случае их необходимости;
• трасс и способов прокладки электросетей с учетом коммуникаций энергохозяйства в целом.

Целью технико-экономических расчетов является определение оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов. Для систем электроснабжения промышленных предприятий характерна многовариантность решения задач, которая обусловлена широкой взаимозаменяемостью технических решений.

При технико-экономических расчетах систем промышленного электроснабжения соблюдают следующие условия сопоставимости вариантов:

• технические, при которых сравнивают только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметрах, характеризующих каждый рассматриваемый вариант;
• экономические, при которых расчет сравниваемых вариантов ведут применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учетом одних и тех же экономических показателей, характеризующих каждый рассматриваемый вариант.

Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям, предъявляемым к системам промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами, отраслевыми инструкциями и ПУЭ.

Расчёт производится с целью определения затрат по каждому варианту рассматриваемых схем. В качестве примера рассмотрим линию, которая питает силовой пункт СП – 1.

руб.

Активные потери в рассматриваемой линии:

К_з – коэффициент загрузки кабелей в нормальном режиме.

R_уд – активное сопротивление кабеля.

Потери энергии в линии составят

кВтч

Т=4500 ч годовое число часов работы цеха при числе смен 2.

Стоимость потерь энергии в линии равна

руб.

С_о=40 руб./кВтч

Для остальных кабелей и проводов расчеты приведены в таблице.

Определяем затраты на схемы

Схема №1

Капитальные вложения

тыс. руб.

где К_тп – капиталовложения в ТП; К_сп – капиталовложения в силовые пункты; К_каб – капиталовложения в кабели; К_пр – капиталовложения в провода.

Годовые эксплуатационные расходы

тыс. руб.

где К – капитальные вложения, тыс. руб.;

j – коэффициент амортизационных отчислений;

Суммарные годовые эксплуатационные расходы

тыс. руб.

С_пкаб – стоимость потерь энергии в кабелях, С_пкаб=113580 тыс. руб. из таблицы

С_ппр – стоимость потерь энергии в проводах, С_ппр= 936547 тыс. руб. из таблицы

С_тп – стоимость потерь энергии в трансформаторе

Затраты

тыс. руб.

нормативный коэффициент экономической эффективности, срок окупаемости 6 лет

Схема №2

Капитальные вложения

тыс. руб.

где К_тп – капиталовложения в ТП; К_сп – капиталовложения в силовые пункты; К_каб – капиталовложения в кабели; К_пр – капиталовложения в провода; К_ш – капиталовложения в шинопровод.

Годовые эксплуатационные расходы

тыс. руб.

Суммарные годовые эксплуатационные расходы

Затраты

тыс. руб.

Из 2-х вариантов выбираем второй, т.к. схема №2 обеспечивает необходимую надежность и имеет наименьшие затраты.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter