Введение
Системойэлектроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства,передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленныхпредприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленныхприемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов,электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины дляэлектрической сварки, осветительные установки и др. Задача электроснабженияпромышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрениемэлектропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов.
В данномкурсовом проекте приведен расчет электроснабжения цеха «Владивостокскогобутощебёночного завода». Данные для проекта были взяты на производственнойпрактике и, впоследствии, он также будет использован в дипломномпроектировании.
1. Выборосвещения
1.1 Расчетосвещения
Расчетосвещения производим точечным методом. Метод применяется при расчете общего равномерного,общего локализованного и местного освещения помещений, когда имеются илиотсутствуют затенения; при любом расположении освещаемых поверхностей, но какправило, только при светильниках прямого света; при расчете наружного освещенияна минимальную освещенность.
/>
Рис. 1. Схемарасположения светильников
Принимаем посправочнику [1] тип светильника: НСП17.
Техническиеданные светильника НСП17:
Рл=1000Вт (ЛН),
Фл=16189лм,
/>,
/>cв=1.
Посправочнику [1] принимаем минимальную горизонтальную освещенность: Еmin=300 лк.
Длинаосвещаемого помещения L=60 м.
Высотаосвещаемого помещения H=8 м.
Принимаемкоэффициент запаса Кз=1,3 (коэффициент запаса учитывает старениеламп и запылённость светильников).
Задаемся расстояниеммежду светильниками l=2 м.
Определяемрасстояние от нити накаливания до освещаемой поверхности:
h=H-b, м, (1.1.1)
где H– высота потолка в цехе,м; b – расстояние от потолка до светильника, м
h=H-b=8–0,3=7,7 м.
Угол/>:
/>,
/>,
/>.
Сила светапод углом />:
cos />=cos 7/>=0,99, по справочнику [1]сила света под этим углом при l= 2 м равна Iα=825 кд).
Определимгоризонтальную освещенность в точке К1:
/>, лк, (1.1.2)
где n – число светильниковравноудаленных от освещаемой точки, шт.; С – поправочный коэффициент; Ia – сила света лампы под углом a, кд; Кз– коэффициент запаса (1,2¸1,5); a – угол между вертикальнойи наклонной составляющей силы свете (см. рис. 1), град.; h – высота подвесасветильника, м.
Поправочныйкоэффициент C:
/>, лм, (1.1.3)
где Фл– световой поток лампы, лм.
/> лм.
Отсюдагоризонтальная освещенность:
/> лк.
Расчетнаягоризонтальная освещенность в точке К1 удовлетворяет условию Ег=336лк
Определимнеобходимое число светильников:
/>, шт., (1.1.4)
/> шт.
Принимаемколичество светильников nсв=30 шт.
1.2 Выборосветительного кабеля по условию допустимого нагрева
Принимаем ЩОс тремя АВ. Для каждого АВ 10 ламп.
Расчетный токв осветительном кабеле:
Для АВ 1:
/>, А, (1.2.1)
где Pл – мощностьодной лампы, Вт; U – напряжение питающей сети, В; cosjсв – коэффициент мощности светильника, для ламп накаливания cosjсв = 1.
/> A.
Аналогичнодля других АВ.
Принимаемсечение кабеля S=10 мм2, Iдоп=70 А (из справочника [2]).
Принимаем дляпитания осветительной установки кабель марки КРПСН 3/>4,(r0=1,840 Ом/км; х0=0,092Ом/км) [3].
Выбираем дляосвещения трансформатор ТМ-25
Техническиеданные трансформатора ТМ – 25:
Sном=25 кВА,
Uвн=6; 10 кВ,
Uнн=0,23; 0,4; кВ,
Потери:
Pх.х.=0,135 кВт,
Pк.з.=0,6 кВт,
Uк.з.=4,5%,
Iх.х.=3,2%.
1.3Проверка осветительной сети по потере напряжения
Потерянапряжения на наиболее удаленной лампе не должна превышать 2,5%.
Находим допустимуювеличину минимального напряжения на наиболее удаленной лампе:
/>, В, (1.3.1)
/> В.
Допустимаяпотеря напряжения в осветительной сети:
/> />, В, (1.3.2)
/> В.
Расчетнаяпотеря напряжения в осветительной сети:
/>, В, (1.3.3)
где /> – потеря напряжения восветительном трансформаторе; /> – потерянапряжения в кабеле.
/>, В, (1.3.4)
где β –коэффициент загрузки трансформатора (принимаем />=0,85);
Uа – относительное значениеактивной составляющей напряжения к.з. в трансформаторе, %;
Uр – относительное значениереактивной составляющей напряжения к.з. в трансформаторе, %.
/>, %, (1.3.5)
/>, %.
/>, %, (1.3.6)
/>, %.
Окончательноможно записать:
/>=8,55, В.
Потеря напряженияв осветительном кабеле:
/>, В, (1.3.7)
где Rk – активное сопротивлениежил кабеля, Ом; Xk – индуктивное сопротивление жил кабеля, Ом.
/>, Ом, (1.3.8)
/>, Ом, (1.3.9)
где r0– активное сопротивлениежил кабеля, Ом/км (r0=1,84 Ом/км); х0– индуктивное сопротивление жилкабеля, Ом/км (х0=0,092 Ом/км); L – длина кабеля оттрансформатора до светильника, км (L=0,1 км).
/>, Ом,
/> Ом.
Окончательнозаписываем:
/> В.
Отсюдарасчетная потеря напряжения в осветительной сети:
/> В.
Так каквыполняется условие />>/>, следовательно,выбранный кабель подходит по потере напряжения.
1.4 Расчеттоков короткого замыкания в осветительной сети
/>, А, (1.4.1)
где Z – сопротивление сети отисточника питания (трансформатора) до места к.з., Oм.
/>, Ом, (1.4.2)
где Rтр. – активное сопротивление трансформатора, Ом; Хтр. –индуктивноесопротивление трансформатора, Ом.
/>, Ом, (1.4.3)
/>, Ом, (1.4.4)
/>, А, (1.4.5)
/>, А,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом.
Окончательно можно записать:
/>, А.
1.5 Проверка кабельной сети по термической стойкости
/>, мм2, (1.5.1)
где α –термический коэффициент (для меди α=7); tп – приведенное времясрабатывания релейной защиты (tп=0,4 сек).
/> мм2.
Выбранный кабель сечением S=10 мм2удовлетворяет условию Sк > Smin.
1.6 Вывод
Был произведен выбор типа освещения, а также выбор трансформатораи кабеля питающего осветительную сеть.
2. Расчет сети высшего напряжения по условию допустимого нагрева
2.1 Расчет силового трансформатора
Находим расчетную мощность трансформатора:
/>, кВА, (2.1.1)
где /> – суммарасчетных активных нагрузок отдельных групп электроприёмников;
/> – сумма расчетных реактивных нагрузокотдельных нагрузок электроприемников;
/>(из справочника [2]).
/>, кВт, (2.1.2)
/>, кВт, (2.1.3)
где /> – установленнаямощность группы электроприёмников.
/>
/> кВт
/>, кВт,
/>, кВт,
/> кВт.
К установке принимаем трансформатор ТМН 6300/35–73У1
Техническиеданные трансформатора:
Sтр.ном=6300 кВА,
Uвн=35 кВ,
Uнн=6,3 кВ,
Потери:
Pх.х.=9,25 кВт,
Pк.з.=46,5 кВт,
Uк.з.=7,5%,
Iх.х.=0,6%.
2.2 Выборсечений кабельной сети по условию допустимого нагрева
Расчетный токкабеля определяем по формуле:
/>, А, (2.2.1)
где cos φ – коэффициент мощности,соответствующий расчетной нагр
узке(ссылаясь на данные справочника [5] берем cos φ в пределах 0,89–0,92).
/>, А,
/>, А,
/>, А,
/>, А,
/>, А,
/>, А,
/>, А,
/>, А.
Полученныеданные сводим в таблицу 1 и наносим на схему электроснабжения:
Таблица 1№ Электроприемника Наименование
IP, A
Iдоп., А Марка кабеля Длина кабелей, км Фидер 1 331,3 350 ВБбШв 3×185 0,01 Фидер 2 331,3 350 ВБбШв 3×185 0,01 Фидер 3 132,5 145 ВБбШв 3×50 0,2 Фидер 4 117,6 120 ВБбШв 3×35 0,1 Фидер 5 117,6 120 ВБбШв 3×35 0,16 1 320 кВт 30,78 35 ВБбШв 3×4 0,02 2 560 кВт 53,9 55 ВБбШв 3×10 0,025 3 560 кВт 53,9 55 ВБбШв 3×10 0,03 4 200 кВт 19,25 25 ВБбШв 3×2,5 0,06 5 1305 кВт 97,7 120 ВБбШв 3×35 1 6 250 кВт 24,06 25 ВБбШв 3×2,5 0,015 7 320 кВт 30,78 35 ВБбШв 3×4 0,05 8 200 кВт 19,25 25 ВБбШв 3×2,5 0,025 9 250 кВт 24,06 25 ВБбШв 3×2,5 0,035 10 560 кВт 53,9 55 ВБбШв 3×10 0,02
2.3 Вывод
На основаниирасчетов электрических нагрузок приняты к установке два трансформатора ТМН6300/35–73У1. Расчеты кабельной сети по условию допустимого нагрева позволилипроизвести выбор сечений рабочих жил кабелей при этом во всех случаяхсоблюдается условие />.
3.Проверка кабельной сети по потере напряжения в нормальном режиме работы
3.1 Расчетпотери напряжения в нормальном режиме работы для кабеля самого удаленного имощного электроприемника
Минимальноенапряжение на зажимах электроприемников в нормальном режиме работы рассчитываемпо формуле:
/>, В, (3.1.1)
/> В.
Общуюдопустимую потерю напряжения в сети определяем из выражения:
/>, В, (3.1.2)
/> В.
Потерянапряжения в трансформаторах:
/>, В,
Находимкоэффициент загрузки трансформатора:
/>, (3.1.3)
/>.
Относительноезначение активной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора:
/>, %, (3.1.4)
/>%.
Относительноезначение реактивной составляющей напряжения короткого замыкания трансформатора:
/>, %,
/>%.
Находимпотерю напряжения в трансформаторе:
/> В.
Потерянапряжения в кабеле ВБбШв 3×35:
Активное ииндуктивное сопротивления кабеля:
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, В,
/> В.
Потери вфидерном кабеле:
/>, Ом,
/>, Ом,
/> В.
Общая потерянапряжения высоковольтной сети от источника питания до самого удаленного имощного электроприемника составляет:
/>, В, (3.1.5)
/> В.
Таким образом,на самом удалённом электроприемнике высоковольтной сети расчетная потерянапряжения не превышает допустимых пределов:
/> В > /> В.
3.2 Вывод
Проведенныевыше расчеты показали, что потеря напряжения на наиболее удаленном и наиболеемощном электроприемнике в нормальном режиме работы не превышает допустимыхпределов /> В > /> В. Таким образом,выбранные ранее сечения кабелей по условию допустимого нагрева удовлетворяюттребованиям по потере напряжения в нормальном режиме работы.
4.Проверка кабельной сети по условию пуска самого мощного электроприемника
Напряжениеминимально допустимого значения:
/>, В, (4.1)
/>, В,
/>, В, (4.2)
/> В.
Активное ииндуктивное сопротивления трансформатора ТМН 6300/35–73У1:
/>, Ом, (4.3)
/>, Ом,
/>, Ом, (4.4)
/>, Ом,
/>, Ом, (4.5)
/>, Ом,
/>, Ом, (4,6)
/>, Ом,
Окончательноможно записать:
/>, Ом, (4.7)
где Iдв.пуск. – пусковой ток, А (Iдв.пуск =5–7Iн).
/> Ом.
Такимобразом, при пуске самого мощного электроприемника напряжение на его зажимахбольше минимально допустимого значения:
/> В > />В.
4.1 Вывод
Проверкакабельной сети по условию пуска самого мощного электроприемника показала, чторанее определенные по допустимому нагреву сечения высоковольтной кабельной сетивыбраны правильно.
5. Расчеттоков короткого замыкания кабельной сети
Токитрехфазного к.з. рассчитываются с целью проверки кабелей на термическуюстойкость и коммутационной аппаратуры на отключающую способность, термическую идинамическую стойкость. Токи двухфазного к.з. определяют для проверки уставокмаксимальной токовой защиты на надежность срабатывания при к.з. в электрическиудаленных точках сети.
Ток двухфазного к.з. вычисляем по формуле:
/>А, (5.1)
Ток трехфазного к.з. находим по формуле (2.18):
/>А, (5.2)
где Uнн – номинальное напряжение на выходе трансформатора, В; Z – сопротивление сети отисточника питания (трансформатора) до места к.з., Oм, (2.19).
/>Ом, (5.3)
где Rтр. – активное сопротивлениетрансформатора, Ом; Хтр. –индуктивноесопротивление трансформатора, Ом.
Активное,индуктивное и полное сопротивление трансформатора определяется по формулам:
/>, Ом, (5.3)
/>, Ом, (5.4)
/>, Ом, (5.5)
/>, Ом,
/>, Ом,
/> Ом.
5.1 Расчетсопротивлений и токов к.з. отдельных элементов электрической сети
Точка К1:
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, А,
/> А.
Точка К5:
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, Ом,
/>, А,
/> А.
Расчет токовк.з. кабельной сети на остальных участках сети находим аналогично и данныерасчетов заносим в таблицу 2.
Таблица 2Номер точки к.з.
L, км
Zк, Ом
Iк(2), А
Iк(3), А 1 0,01 0,473 - 7668,8 2 0,2 0,500 - 7265,7 3 0,1 0,488 - 7446,9 4 0,16 0,500 - 7265,7 5 0,02 0,495 6408 - 6 0,025 0,481 6544,9 - 7 0,03 0,483 6513,6 - 8 0,06 0,660 4721,6 - 9 1 0,793 3970,3 - 10 0,015 0,495 6359,1 - 11 0,05 0,547 5750,6 - 12 0,025 0,522 6033,2 - 13 0,035 0,556 5660,9 - 14 0,02 0,479 6574,4 -
5.2 Вывод
Выполненныерасчеты токов трехфазного, двухфазного к.з. позволяют в дальнейшем произвестивыбор коммутационно-защитной аппаратуры, определить надежность срабатывания МТЗвыбранной коммутационно-защитной аппаратуры.
6.Проверка кабельной сети по термической стойкости к токам к.з.
Проверкапроизводится, также как и проверка произведенная для осветительной сети.
Точка К1:
/>, мм2,
Точка К2:
/>, мм2,
Точка К3:
/>, мм2,
Точка К4:
/> мм2.
6.1 Вывод
Найденныеминимальные сечения кабелей по условию их термической стойкости к токам к.з.показали, что ранее выбранные параметры высоковольтной кабельной сети выбраныправильно.
7. Выборкоммутационно-защитной аппаратуры
Используязначения расчетных токов нагрузки (табл. 1) и токов к.з. (табл. 2) ввысоковольтной электрической сети произведем выбор коммутационно-защитнойаппаратуры а также определим расчетную отключающую способность КРУ исходя изусловия: />.
Для Фидер 1выбираем КРУ с номинальным током Iном.кру= 400 А.
/>10 кВ/>/>7668,8В
Для Фидер 2выбираем КРУ с номинальным током Iном.кру= 400 А.
/>10 кВ/>/>7265,7В
Для Фидер 3выбираем КРУ с номинальным током Iном.кру= 160 А.
/>10 кВ/>/>7446,9В
Для Фидер 4выбираем КРУ с номинальным током Iном.кру= 160 А.
/>10 кВ/>/>7265,7В
Дляэлектроприемника 1 выбираем КРУ с Iном.кру= 40 А.
/>10 кВ/>/>6408В
Дляэлектроприемника 2 выбираем КРУ с Iном.кру= 80 А.
/>10 кВ/>/>6544,9В
Дляэлектроприемника 3 выбираем КРУ с Iном.кру= 80 А.
/>10 кВ/>/>6513,6В
Дляэлектроприемника 4 выбираем КРУ с Iном.кру= 31,5 А.
/>10 кВ/>/>4721,6В
Дляэлектроприемника 5 выбираем КРУ с Iном.кру= 160 А.
/>10 кВ/>/>3970,3В
Дляэлектроприемника 6 выбираем КРУ с Iном.кру= 31,5 А.
/>10 кВ/>/>6359,1В
Дляэлектроприемника 7 выбираем КРУ с Iном.кру= 40 А.
/>10 кВ/>/>5750,6В
Дляэлектроприемника 8 выбираем КРУ с Iном.кру= 31,5 А.
/>10 кВ/>/>6033,2В
Дляэлектроприемника 9 выбираем КРУ с Iном.кру= 31,5 А.
/>10 кВ/>/>5660,9В
Дляэлектроприемника 10 выбираем КРУ с Iном.кру= 80 А.
/>10 кВ/>/>6574,4В
Результатывыбора высоковольтной коммутационно-защитной аппаратуры сведены в таблицу 3 инанесены на схему.
Таблица 3
IP, A
Iкру, A
Iо, кА
Iк(2), А
Iк(3), А 331,3 400 10 - 7668,8 331,3 400 10 - 7668,8 132,5 160 10 - 7265,7 117,6 160 10 - 7446,9 117,6 160 10 - 7265,7 30,78 40 10 6408 - 53,9 80 10 6544,9 - 53,9 80 10 6513,6 - 19,25 31,5 10 4721,6 - 97,7 160 10 3970,3 - 24,06 31,5 10 6359,1 - 30,78 40 10 5750,6 - 19,25 31,5 10 6033,2 - 24,06 31,5 10 5660,9 - 53,9 80 10 6574,4 -
7.1 Вывод
По расчетнымтокам нагрузки и токам к.з. были выбраны коммутационно-защитные аппараты КРУ всоответствии с их назначением.
Во всехслучаях наибольший отключающий ток выбранных КРУ не превышает величин тока к.з.в месте их установки, что в свою очередь обеспечит надежность работы системы внормальном и аварийных режимах работы электрооборудования.
8. Выборуставок и проверка надежности срабатывания максимальной токовой защиты КРУ
Исходными даннымидля выбора и проверки уставок срабатывания максимальной токовой защиты КРУявляются расчетные токи нагрузки и величины двухфазного тока к.з. в заданныхточках электрической сети.
/>,
/>, (8.1)
Проверкавыбранной уставки на надежность срабатывания:
/>, (8.2)
/> А,
/>250 А />/>215,5А,
/>,
/> А,
/>400 А />/>377,3А,
/>,
/> А,
/>400 А />/>377,3А,
/>,
/> А,
/>150 А />/>134,75А,
/>,
/> А,
/>700 А />/>683,9А,
/>,
/> А,
/>200 А />/>168,5А,
/>,
/> А,
/>250 А />/>215,5А,
/>,
/> А,
/>150 А />/>134,75А,
/>,
/> А,
/>200 А />/>168,5А,
/>,
/> А,
/>400 А />/>377,3А,
/>.
Для защитымагистралей:
/>, А, (8.3)
/>, А,
/>
/>, А,
/>1500 А />/>1361,5А,
/>,
/>, А,
/>, А,
/>500 А />/>494,7А,
/>,
/>, А,
/>, А,
/>500 А />/>475,5А,
/>,
/>, А,
/>, А,
/>500 А />/>475,5А,
/>.
Результатывыбора уставок срабатывания МТЗ коммутационно-защитной аппаратуры сведены втаблицу 4 и нанесены на расчетную схему.
Таблица 4Номер электроприемника
IУ, А
Iк(2), А
КЧ 1 250 6408 25 2 400 6544.9 17 3 400 6513.6 17 4 150 4721.6 30 5 700 3970.3 6 6 200 6359.1 31 7 250 5750.6 23 8 150 6033.2 40 9 200 5660.9 28 10 400 6574.4 16
8.1 Вывод
Произведенвыбор и проверка на надежность срабатывания уставок максимальной токовой защитыКРУ. Коэффициенты чувствительности защиты КРУ больше 2, что удовлетворяетпредъявляемым требованиям к надежности срабатывания максимальной токовой защитыустановленной в высоковольтных коммутационно-защитных аппаратах.
Заключение
Выполненныйрасчет высоковольтного электроснабжения предприятия позволяет сделать следующиевыводы.
1. Былпроизведен выбор типа освещения, а также выбор трансформатора и кабеляпитающего осветительную сеть.
2. Наосновании расчетов электрических нагрузок приняты к установке дватрансформатора ТМН 6300/35–73У1. Расчеты кабельной сети по условию допустимогонагрева позволили произвести выбор сечений рабочих жил кабелей при этом во всехслучаях соблюдается условие />.
3. Проведенныевыше расчеты показали, что потеря напряжения на наиболее удаленном и наиболеемощном электроприемнике в нормальном режиме работы не превышает допустимыхпределов /> В > /> В. Таким образом,выбранные ранее сечения кабелей по условию допустимого нагрева удовлетворяюттребованиям по потере напряжения в нормальном режиме работы.
4. Проверкакабельной сети по условию пуска самого мощного электроприемника показала, чторанее определенные по допустимому нагреву сечения высоковольтной кабельной сетивыбраны правильно.
5. Выполненныерасчеты токов трехфазного, двухфазного к.з. позволяют в дальнейшем произвестивыбор коммутационно-защитной аппаратуры, определить надежность срабатывания МТЗвыбранной коммутационно-защитной аппаратуры.
6. Найденныеминимальные сечения кабелей по условию их термической стойкости к токам к.з.показали, что ранее выбранные параметры высоковольтной кабельной сети выбраныправильно.
7. Порасчетным токам нагрузки и токам к.з. были выбраны коммутационно-защитныеаппараты КРУ в соответствии с их назначением.
Во всехслучаях наибольший отключающий ток выбранных КРУ не превышает величин тока к.з.в месте их установки, что в свою очередь обеспечит надежность работы системы внормальном и аварийных режимах работы электрооборудования.
8. Произведенвыбор и проверка на надежность срабатывания уставок максимальной токовой защитыКРУ. Коэффициенты чувствительности защиты КРУ больше 2, что удовлетворяетпредъявляемым требованиям к надежности срабатывания максимальной токовой защитыустановленной в высоковольтных коммутационно-защитных аппаратах.
Списоклитературы
1. Электротехническийсправочник. В 3 т. Т. 3: В 2 кн. Кн. 2. Использование электрической энергии /Под общ. Ред. Профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др. – 7-е изд.,испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 616 с.: ил.
2. Сергеев А.Ю. Электрификациягорных работ. В 2 ч. Ч 1. Расчет подземного высоковольтногоэлектроснабжения: учеб. пособие/ А.Ю. Сергеев, О.А. Курбатова. –Владивосток: Из-во ДВГТУ, 2006. – 84 с.
3. Справочник поэлектроустановкам угольных предприятий. Электроустановки угольных шахт:Справочник/ В.Ф. Антонов, Ш.Ш. Ахмедов и др. Под общ. ред. В.В. Дегтярева,В.И. Серова. – М.: Недра, 1988 – 727 с.: ил.
4. Справочник энергетикакарьера/ В.А. Голубев, П.П. Мирошкин и др.; Под ред. В.А. Голубева.– М.: Недра, 1986 – 420 с.
5. Электродвигателиасинхронные/ В.Л. Лихачев. – М.: СОЛОН – Р, 2002. – 304 с.