Расчет и проектирование электроснабжения завода

Определяем номинальный  ток расцепителя по формуле 19:

200 A > 182,01A

Выбираем автоматический выключатель типа ВА 51-35 с номинальным током расцепителя I_ном = 200 А.Ток срабатывания равен I_ср = 2000 А.

200 > 182,01 А- выбранный автоматический выключатель подходит

Выбираем провод с медными жилами с номинальным током I=215 А и сечением 

S = 70 мм²

        2.3  Выбор автоматического выключателя QF3 для шкафа

распределения ШР3

 

Определяем длительный ток в максимально загруженную смену

по формуле 12:

I_дл = 35,8 А

Определяем рабочий  ток максимального по мощности двигателя 

подключенного к линии по формуле 20:

,  (20)

где    I_{н макс}- рабочий ток максимального по мощности двигателя подключенного к линии, А;

          Р_ном – номинальная мощность, кВт;

          U_ном – номинальное напряжение сети, кВ.

= 23,09 А

Автоматический выключатель  должен выдерживать кратковременные пики тока,

связанные с пуском двигателей при небольшом количестве подключенных к линии электроприемников (n<5) или в многодвигательном приводе кратковременный

ток определяется по формуле 21:

Iкр = kп ·Iн макс+ åIn,   (21)

где    Iн макс – рабочий ток максимального по мощности двигателя, А;

kп · – пусковой коэффициент этого двигателя;

åIn - сумма рабочих токов остальных двигателей.

I_кр = 6 · 23.09 + 10,1 = 148,7 А

Определяем номинальный ток расцепителя по формуле 19:

40 A > 35,8A

Выбираем автоматический выключатель  типа ВА 51-31 с номинальным током расцепителя I_ном = 40 А. Ток срабатывания равен I_ср =   400 А.

Автоматический выключатель подходит, если выполняется условие:

I_ср ³ 1,25I_кр,

где    I_ср- ток срабатывания автоматического выключателя, А

         I_кр - кратковременный ток, А.     

400 > 148,7 А- выбранный автоматический выключатель подходит

Выбираем провод с медными жилами проложенный в воздухе с номинальным током I=50 А и сечением  S = 6 мм²

2.4 Выбор провода и предохранителя FU1 для щита освещения ЩО

 

Плавкие предохранители выдерживают значительные кратковременные  перегрузки. Они характеризуются: номинальным  напряжением, номинальным током предохранителя (патрона), номинальным током плавкой вставки, предельным током отключения.

Определяем длительный ток в максимально загруженную  смену 

по формуле 12:

I_дл = 101,05 А

Определяем ток плавкой  вставки из условия:

I_вст > I_дл

где    I_дл – длительный ток в максимально загруженную смену, А;

        I_вст – ток плавкой вставки, А.

Выбираем плавкий предохранитель марки ПП31 I_вст = 125 А

Выбираем провод проложенный в воздухе I=165А   S = 50мм²

2.5 Выбор магистрального кабеля и автоматического выключателя QF

 

   Определяем суммарный ток , подключенных к магистральной линии распределительных шкафов по формуле (22):

I_шр1-3 = ∑I_дл ,      (22)

где     I_дл– длительный ток, А.

I_шр1-3 = 241,6 + 35,8 + 182,01 = 459,4 А

Определяем  номинальный ток расцепителя  по отношению по формуле 19:

 459,4 A > 630 A

Выбираем автоматический выключатель типа А7320ФУ3 с номинальным

током расцепителя I_ном = 630 А и током срабатывания I_ср = 6300 А

Выбираем кабель с медными жилами проложенный в земле с номинальным током I=505А и сечением  S = 150 мм².

Провода и кабели, выбранные по току нагрузки, если их длина превышает 10м проверяются на потерю напряжения. Согласно ПУЭ для силовых сетей отклонение напряжения не должно превышать ±5%. Для электроустановок, включенных по магистральной схеме отклонение напряжения ΔU% рассчитывается по формуле 23:

 ,  (23)                                                                            где   Uн - номинальное напряжение В,

r₀  - активное сопротивление 1км проводника,  Ом/км;

         x₀ – индуктивное сопротивление 1км проводника,  Ом/км;

cosφ - коэффициент мощности;

In - расчетный ток нагрузки данного потребителя

ln – длина участка линии от источника до этого электроприемника.

         

Выбранный кабель подходит, так как  потери напряжения не превышают 5%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - План расположения распределительных шкафов в цехе.

3. Выбор местонахождения подстанции

 

Для рационального размещения Главной понизительной подстанции на территории завода она должна находиться в центре нагрузок. Для этого на генплан предприятия наносится картограмма нагрузок, представляющая собой окружности, площади которых пропорциональны расчетной нагрузке цеха.

Заданные значения, средних коэффициентов использования К_{и ср} и средних коэффициентов мощностей цехов cosj _ср, а также мощностей оборудования, установленного на предприятии, приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Внутреннее электроснабжение завода

Название цеха	P уст	Pц	Kспр	cosφ	Rί	X0	Y0
Сварочный цех Металлургический цех Механический цех Технологический корпус Сборочный цех Заводоуправление Котельная Склад	481,7 2100 580 1250 620 100 760 180	289,02 1575 261 875 327 60 532 72	0,6 0,75 0,45 0,7 0,6 0,6 0,7 0,4	0,55 0,65 0,75 0,73 0,7 0,85 0,72 0,65	2,17 5,05 2,06 3,8 2,46 0,99 2,94 1,08	380 450 630 110 610 550 120 115	420 110 180 390 520 690 100 650

 

Определяем масштаб картограммы по формуле 24:

,  (24)

где     P_мин  - расчетная мощность цеха.

Рассчитываем радиусы  окружностей по формуле 25:

,  (25)

где    R - радиус окружности, см;

Р_см - расчетная мощность цеха, кВт;

m - выбранный масштаб, кВт/см.

2,17 см 

После расчета радиусов окружностей каждого цеха, картограмма  нагрузок наносится на генплан предприятия, окружности следует проводить из центра цеха.

После построения картограммы  нагрузок определяем центр нагрузок, координаты центра определяем по формулам 26 и 27:

 ,  (26)

,  (27)

где     x_o – координата центра нагрузок по оси абсцисс, м;

y_o – координата центра нагрузок по оси ординат, м;

Р_ц - расчетная мощность цеха, кВт;

x_i – координата цеха по оси абсцисс, м;

y_i – координата цеха по оси ординат, м.

 Так как координаты ГПП находятся на железной дороге, то смещаем ГПП в сторону потребителей большей мощности.

 Рисунок 3 – Генплан предприятия

Координаты ГПП: x_o= 350 м ;  y_o= 252 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор схемы электроснабжения

 

Данная главная понизительная  подстанция (ГПП) является двухтрансформаторной. Цеховые же подстанции двухтрансформаторные только в том случае, если они принадлежат к первой или второй категории потребителей. К первой категории относятся: металлургический цех и котельная. Эта группа питается от трех независимых источников (третий автономный). Потребители первой категории обязательно должны иметь резерв по низкому напряжению. Ко второй категории относятся такие потребители как: сварочный цех, механический цех, технологический корпус, сборочный цех. В этой группе перерыв в электроснабжении приводит к значительным потерям и простоям транспорта. Допускается перерыв на  время включения резервного питания дежурным персоналом. Питание потребителей производится от двух источников.

  Однотрансформаторные только те, которые являются потребителями третьей категории (в данной схеме это заводоуправление и склад). Это  потребители, которые обслуживают несерийное производство, коммунальное хозяйство и другие общественные организации. Питание допускается от одного источника.   

  На ГПП трансформаторы в нормальных условиях работают раздельно. При этом нагрузка на каждый трансформатор примерно одинакова. От первого трансформатора получают питание такие цеха как: технологический корпус и котельная (S= 2953,5кВА). От второго трансформатора питаются: сварочный цех, металлургический цех, механический цех, сборочный цех, заводоуправление и склад(S=2760,2кВА). При отключении одного трансформатора нагрузка переключается на другой с помощью межсекционного автоматического выключателя ( QB ).

Для отключения ГПП от питающей линии (35кВ) используется короткозамыкатель (QK), т.к. он дешевле и удобнее в эксплуатации. Линии в этом случае отключаются защитной аппаратурой районной подстанции и разъединителем. Данная линия является кабельной, т.к. местность населенная.

В случае, если какой- либо трансформатор оказался неисправным или пришел в негодность, то его отключают с помощью разъединителя (QS), который устанавливают по обе стороны трансформатора.    

От токов короткого  замыкания в качестве защиты применяют предохранители (F), которые при ненормальных условиях срабатывают и защищают кабели и следующие за ними потребители, находящиеся после данного предохранителя. В сочетании с выключателями нагрузки (B) в известной мере заменяют силовой выключатель. Так же в схеме применены автоматические выключатели, защищающие электроприемники от токов короткого замыкания.

В данной схеме электроснабжения также используются конденсаторная батарея ( SB ). Цель использования – компенсация реактивной мощности  и, как следствие, увеличение коэффициента мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор трансформаторов  на цеховой подстанции

Количество трансформаторов  на подстанции определяется категорией потребителя и неравномерностью графика нагрузки. Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании потребителей 1 и 2 категории

( токарный цех, механический цех 2, литейный цех, технологический корпус, котельная) и при неравномерном графике нагрузки. Однотрансформаторные подстанции применяются при питании потребителей 3 категории (заводоуправление, склад) и при резервировании на вторичном напряжении.

Рассчитываем примерную  мощность цехового трансформатора

по формуле 28:

,      (28)

где     S~ - примерная мощность цехового трансформатора;

          S_ц   - мощность цеха в наиболее загруженную смену;

          n - количество трансформаторов в цехе;

          β= 0,75 - рекомендуемый коэффициент нагрузки.

  кВА

Выбираем трансформатор 1 ТМ-400/10 со следующими характеристиками:

S_тр = 400 кВА;  U_к=4,5%;  ΔP’_х.х=1,05;  ΔP’_м=5,05;

Рассчитываем фактический  коэффициент загрузки трансформатора по формуле 29:

 ,  (29)

где     β  - коэффициент загрузки;

          S_ц -  мощность цеха, кВА;

         S_тр   - мощность выбранного трансформатора, кВА;

          n - количество трансформаторов в цехе.

  0,5<0,65<0,85

Приемлемо.

Проверяем перегрузочную  способность трансформатора по формуле 30:

,   (30)

где    k_п - коэффициент перегрузки трансформатора;

        S₁₂ -  мощность потребителей 1 и 2 категории в цехе, кВА;

         S_тр   - мощность выбранного трансформатора, кВА.

  0,95<1,4

Так же, по формулам 28–30, рассчитываем и выбираем трансформаторы для других цехов и заносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Выбор трансформаторов на цеховой подстанции

Подразделение	Sсм	N	Марк.	β	Kп
1 Сварочный цех 2 Металлургический цех 3 Механический цех 4 Технологический корпус 5 Сборочный цех 6 Заводоуправление 7 Котельная 8  Склад	291,3 2424,11 347,99 1198,6 531,4 70,58 738,89 110,77	2 2 2 2 2 1 2 1	400 1600 250 1000 600 100 630 160	0,65 0,76 0,7 0,95 0,66 0,7 0,92 0,69	1,12 1,29 1,18 1,01 1,12 - 0,99 -

 

Вывод: проверили трансформаторы на коэффициент загрузки и на коэффициент перегрузки. Сделали выводы о том, что трансформаторы подходят.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Годовой график  нагрузки. Определение нагрузки завода

 

     График нагрузки представляет собой графическое изображение нагрузок. Суточный график характеризует изменение нагрузки в течение суток. Он зависит от характера производства и имеет ступенчатую форму с дискретностью по времени 0,5часа, по величине нагрузки – 5%.

   Годовой график показывает длительность работы электроустановок в течение года с различными нагрузками и имеет ступенчатую форму.  Его строят на основании двух суточных графиков: рабочих дней и выходных дней. При этом принимается продолжительность рабочих дней 250, выходных-115. За 100% нагрузки принимается установленная мощность.

   По суточным графикам определяем продолжительность максимальной нагрузки (100%), нагрузки по рабочему t_100%р и выходному графику t_100%в.  Если полной нагрузки в течении суток нет, берется максимальная из имеющихся. Определяем продолжительность этой нагрузки в течение года по формулам 31 и 32: