Проектирование системы электроснабжения ремонтно-механического производства

1 2 

---

Содержание

Введение 3
1. Постановка задачи проекта 6
2. Технологический раздел. Описание технологического процесса ремонтно-механического производства. Описание состава нагрузок ремонтно-механического производства и режима их работы. 7
3. Расчетная часть 14
3.1 Расчет электрических нагрузок цеха 14
3.2 Выбор проводников по нагреву длительно допустимым током 18
3.3 Проверка проводников по потере напряжения 21
3.4 Расчет троллейных линий 22
3.5 Расчет токов короткого замыкания 24
3.6 Выбор аппаратов защиты от сверхтоков ЦТП и РП 31
3.7 Расчет заземляющего устройства 34
3.8 Расчет компенсирующего устройства 36
4. Конструкторская часть 39
4.1 Компоновка оборудования. 39
4.2 Конструкция электропроводок. Расположение узлов питания. Способы прокладки линий к узлам питания и потребителей. 41
4.3 Конструктивное исполнение подстанции. План расположения оборудования. Тип применяемых ячеек, аппаратов. 41
5. Эксплуатация электрооборудование цеха. Ремонты 42
5.1 Текущий ремонт. Содержание. Силы и средства. Периодичность. 43
5.2 Средний ремонт. Содержание. Силы и средства. Периодичность. 44
5.1 Капитальный ремонт. Содержание. Силы и средства. Периодичность. 46
6. Энергосбережение 48
7. Электробезопасность на предприятии 54
8. Экономика 61
Заключение 64
Список использованной литературы 65

Введение

Энергетика России обеспечивает надежное электроснабжение потребителей различных потребителей электрической и тепловой энергии. Основным потребителем электрической энергии является различные отрасли промышленности, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и поселков. При этом более 70% потребителей электроэнергии приходится на промышленные объекты.
Для обеспечения подачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие из сетей напряжением до 1кВ и выше и трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций. Электроустановки потребителей электроэнергии имеют свои специфические особенности; к ним предъявляются определенные требования по надежности питания, качеству электроэнергии, резервированию и защиты отдельных элементов. При проектировании, сооружении, и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо правильно в технико-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжений, определять электрические нагрузки, выбрать тип, число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты, системы компенсации реактивной мощности и способы регулирования напряжения. Это должно решаться с учетом совершенствования технологических процессов производства, роста мощностей отдельных электроприёмников и особенностей каждого предприятия, цеха, установки, повышения качества и эффективности их работы.
Задачей выпускной квалификационной работы является проектирование системы электроснабжения ремонтно-механического производства. Для решения этой задачи необходимо:
-расчёт электрических нагрузок объекта;
-расчет освещения;
-выбор аппаратов защиты и распределительных устройств;
-выбор марки и сечения линии электроснабжения, расчет потерь в линии;
-расчет токов короткого замыкания;
-проверка выбранного сечения линии по потере напряжения;
-расчет заземления;
Тема проектирования электроснабжения стала актуальной в последние годы в связи с увеличением мощности энергопотребителей и необходимостью обеспечением заданной надежности электроснабжения.

1. Постановка задачи проекта

Дипломное проектирование посвящено проектированию системы электроснабжения ремонтно-механического производства. Главной задачей представленного проекта является проектирование системы электроснабжения, которая будет отвечать всем современным требованиям предъявляемые к системам и отвечать необходимому уровню надежности.

2. Технологический раздел. Описание технологического процесса ремонтно-механического производства. Описание состава нагрузок ремонтно-механического производства и режима их работы.

Под производственным процессом понимают совокупность отдельных процессов, осуществляемых для получения из материалов и полуфабрикатов готовых машин (изделий).
В производственный процесс входят не только основные, т. е. непосредственно связанные с изготовлением деталей и сборкой из них машин, процессы, но и все вспомогательные процессы, обеспечивающие возможность изготовления продукции (например, транспортирование материалов и деталей, контроль деталей, изготовление приспособлений и инструмента, и т. д.).
Технологическим процессом называют последовательное изменение формы, размеров, свойств материала и полуфабриката в целях получения детали или изделия в соответствии с заданными техническими требованиями.
Технологический процесс ремонтно-механического производства является частью общего производственного процесса изготовления всей машины.
Производственный процесс разделяется на следующие этапы:
1) изготовление заготовок деталей — литье, ковка, штамповка;
2) обработка заготовок на металлорежущих станках для получения деталей с окончательными размерами и формами;
3) сборка узлов и агрегатов (или механизмов), т. е. соединение отдельных деталей в сборочные единицы и агрегаты; в единичном производстве применяются слесарная обработка и пригонка деталей к месту постановки при сборке; в серийном производстве эти работы выполняются в незначительном объеме, а в массовом и крупносерийном не применяются, так как благодаря применению предельных калибров при обработке на металлорежущих станках достигается взаимозаменяемость деталей;
4) окончательная сборка всей машины;
5) регулирование и испытание машины;
6) окраска и отделка машины (изделия). Окраска состоит из нескольких операций, выполняемых на разных этапах технологического процесса, например, шпаклевка, грунтовка и первая окраска отливок, окраска обработанных деталей, окончательная окраска всей машины.)
На каждом этапе производственного процесса, по отдельным операциям технологического процесса, осуществляется контроль за изготовлением деталей в соответствии с техническими условиями, предъявляемыми к детали для обеспечения должного качества готовой машины (изделия). Технологический процесс ремонтно-механического производства должен проектироваться и выполняться таким образом, чтобы посредством наиболее рациональных и экономичных способов обработки удовлетворялись требования к деталям (точность обработки и шероховатость поверхностей, взаимное расположение осей и поверхностей, правильность контуров и т. д.), обеспечивающие правильную работу собранной машины.
Согласно ГОСТ 3. 1109−73 технологический процесс может быть проектным, рабочим, единичным, типовым, стандартным, временным, перспективным, маршрутным, операционным, маршрутно-операционным.
Машиностроительные заводы состоят из отдельных производственных единиц, называемых цехами, и различных устройств.
Состав цехов, устройств и сооружений завода определяется объемом выпуска продукции, характером технологических процессов, требованиями к качеству изделий и другими производственными факторами, а также в значительной мере степенью специализации производства и кооперирования завода с другими предприятиями и смежными производствами.
Специализация предполагает сосредоточение большого объема выпуска строго определенных видов продукции на каждом предприятии.
Кооперирование предусматривает обеспечение заготовками (отливками, поковками, штамповками), комплектующими агрегатами, различными приборами и устройствами, изготовляемыми на других специализированных предприятиях.
Если проектируемый завод будет получать отливки в порядке кооперирования, то в его составе не будет литейных цехов. Например, некоторые станкостроительные заводы получают отливки со специализированного литейного завода, снабжающего потребителей литьем в централизованном порядке.
Состав энергетических и санитарно-технических устройств завода также может быть различным в зависимости от возможности кооперирования с другими промышленными и коммунальными предприятиями по снабжению электроэнергией, газом, паром, сжатым воздухом, в части устройства транспорта, водопровода, канализации и т. д.
Дальнейшее развитие специализации и в связи с этим широкое кооперирование предприятий значительно отразятся на производственной структуре заводов. Во многих случаях в составе машиностроительных заводов не предусматриваются литейные и кузнечно-штамповочные цехи, цехи по изготовлению крепежных деталей и т. п., так как заготовки, метизы и другие детали поставляются специализированными заводами. Многие заводы массового производства в порядке кооперирования со специализированными заводами также могут снабжаться готовыми узлами и агрегатами (механизмами) для выпускаемых машин; например, автомобильные и тракторные заводы — готовыми двигателями и др.
Состав машиностроительного завода можно разделить на следующие группы:
1. Заготовительные цехи (чугунолитейные, сталелитейные, литейные цветных металлов, кузнечные, кузнечно-прессовые, прессовые, кузнечно-штамповочные и др.);
2. Обрабатывающие цехи (механические, термические, холодной штамповки, деревообрабатывающие, металлопокрытий, сборочные, окрасочные и др.);
3. Вспомогательные цехи (инструментальные, ремонтно-механические, электроремонтные, модельные, экспериментальные, испытательные и др.);
4. Складские устройства (для металла, инструмента, формовочных и шихтовых материалов и др.);
5. Энергетические устройства (электростанция, теплоэлектроцентраль, компрессорные и газогенераторные установки);
6. Транспортные устройства;
7. Санитарно-технические устройства (отопление вентиляция, водоснабжение, канализация);
8. Общезаводские учреждения и устройства (центральная лаборатория, технологическая лаборатория, центральная измерительная лаборатория, главная контора, проходная контора, медицинский пункт, амбулатория, устройства связи, столовая и др.).
Технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватывающая все последовательные действия рабочего (или группы рабочих) и станка по обработке заготовки (одной или нескольких одновременно).
Например, обтачивание вала, выполняемое последовательно сначала на одном конце, а потом после поворота, т. е.перестановка вала в центрах, без снятия его со станка, — а на другом конце, является одной операций.
Если же все заготовки (валы) данной партии обтачиваются сначала на одном конце, а потом на другом, то это составит две операции.
Установом называют часть операции, выполняемую при одном закреплении заготовки (или нескольких одновременно обрабатываемых) на станке или в приспособлении, или собираемой сборочной единицы.
Так, например, обтачивание вала при закреплении в центрах — первый установ, обтачивание вала после его поворота и закрепления в центрах для обработки другого конца — второй установ. При каждом повороте детали на какой- либо угол создается новый установ (при повороте детали необходимо указывать угол поворота).
Установленная и закрепленная установка может изменять свое положение на станке относительно его рабочих органов под воздействием перемещающих или поворотных устройств, занимая новую позицию.
Позицией называется каждое отдельное положение заготовки, занимаемое ею относительно станка при неизменном ее закреплении.
Например, при обработке на многошпиндельных полуавтоматах и автоматах деталь при одном ее закреплении занимает различные положения относительно станка путем вращения стола (или барабана), последовательно подводящего деталь к разным инструментам.
Операция разделяется на переходы — технологические и вспомогательные.
Технологический переход — законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента, поверхностей, образуемых обработкой, или режима работы станка.
Вспомогательный переход — законченная часть технологической операции, состоящая из действия человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода. Примерами вспомогательных переходов являются установка заготовки, смена инструмента и т. д.
Изменение только одного из перечисленных элементов (обрабатываемой поверхности, инструмента или режима резания) определяет новый переход.
Переход состоит из рабочих и вспомогательных ходов.
Под рабочим ходом понимают часть технологического перехода, охватывающую все действия, связанные со снятием одного слоя материала при неизменности инструмента, поверхности обработки и режима работы станка.
На станках, обрабатывающих тела вращения, под рабочим ходом понимают непрерывную работу инструмента, например на токарном станке снятие резцом одного слоя стружки непрерывно, на строгальном станке — снятие одного слоя металла по всей поверхности.
Если слой материала не снимается, а подвергается пластической деформации (например, при образовании рифлений и при обкатывании поверхности гладким роликом с целью ее уплотнения), а также применяют понятие рабочего хода, как и при снятии стружки.
Вспомогательный ход — законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабочего хода.
Все действия рабочего, совершаемые им при выполнении технологической операции, расчленяются на отдельные приемы. Под приемом понимают законченное действие рабочего. Обычно приемами являются вспомогательные действия, например, постановка или снятие детали, пуск станка, переключение скорости или подачи и т. п. Понятие «прием» используют при техническом нормировании операции.
В план ремонтно-механического производства включают также промежуточные работы — контрольные, слесарные и др., необходимые для дальнейшей обработки, например, спайка, сборка двух деталей, термическая обработка и т. д.; окончательные операции для других видов работ, выполняемых после механической обработки, вносятся в план соответствующих видов обработки.
Ремонтно-механическое производство включает в себя оборудование которое работает как в длительном так в коротковременном режиме работы. Основным электрооборудованием являются токарные станки, сверлильные станки, сварочные машины и кран-балки.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Для определения расчетной силовой электрической нагрузки цеха воспользуемся методом коэффициента максимума.
(3.1)
где м — коэффициент максимума нагрузки;
— средняя активная мощность, кВт;
m — число ЭП, входящих в рассматриваемую группу.
Значение коэффициента максимума зависит от средневзвешенного коэффициента использования данной группы приёмников и эффективного числа электроприёмников:
(3.2)
где nэ — эффективное число ЭП;
Ки — средневзвешенный коэффициент использования установленной мощности группы ЭП.
Под эффективным числом ЭП понимают число однородных по режиму работы потребителей одинаковой мощности, которое обуславливает ту же расчетную нагрузку, что и рассматриваемая группа различных по номинальной мощности и режиму работы потребителей:
(3.3)
где Рн.i — номинальная мощность i-го ЭП, кВт.
Средневзвешенный коэффициент использования определяется по выражению:
(3.4)
где Рср.i – средняя мощность i-го ЭП, кВт.
В курсовом проекте коэффициент использования приведен в исходных данных для каждого ЭП цеха.
Активная средняя мощность находится следующим образом:
(3.5)
где Ки — коэффициент использования активной мощности одного ЭП.
Определение расчетной нагрузки группы электроприемников мощности всех ЭП, работающих в повторно-кратковременном режиме, должны быть приведены к продолжительному режиму. Это приведение осуществляется по выражению:
(3.6)
где ПВ – паспортная продолжительность включения ЭП в относительных единицах.
Расчётную реактивную нагрузку согласно методу коэффициента максимума, принимают равной:
(3.7)
где К’м – коэффициент максимума по реактивной мощности, К’м =1,1 при nэ ≤ 10; Qср.i – средняя реактивная мощность i-го ЭП, кВАр:
(3.8)
Полная мощность группы ЭП определяется по следующей формуле:
(3.9)
Расчетный ток группы ЭП:
(3.10)
где U_н=380 В — номинальное напряжение сети.
Номинальный ток ЭП, включенного в трехфазную сеть, определяется по формуле:
(3.11)
Расчет нагрузки однофазных потребителей будем вести путем приведения ее к трехфазной нагрузки. Так как суммарная неравномерность распределения однофазных приёмников меньше 15% от суммарной установленной мощности ЭП, принимаем в качестве приведённой мощности утроенную мощность самого мощного однофазного приёмника
(3.12)
Для расчета электрических нагрузок ремонтно-механического производства объединим все электроприемники по назначению и сведем полученные данные в Таблицу 2.1

Таблица 2.1-Состав и характеристика потребителей цеха

 

Расчеты для ремонтно-механического производства сведем в Таблицу 2.2
По рассчитанной в табл. 2.2 мощности выбран трансформатор ТМ 630/10 с паспортными данными:
Uвн=10кВ; Uнн=0,4кВ; Y/Y0; Sн=630 кВА; Ркз=7,6 кВт; Рхх=1,25 кВт Uk%=5,5, Iхх=1,7%.

Таблица 2.2-Расчет электрических нагрузок ремонтно-механического производства

3.2 Выбор проводников по нагреву длительно допустимым током

По расчетному току 30,13 А с использованием таблицы 1.3.29 ПУЭ выбираем проводник марки АС сечением 10 мм2 и длительно допустимым током 84 А. В соответствии с требованиями раздела 2 ПУЭ (табл. 2.5.5) минимальное допустимое сечение провода по условиям механической прочности составляет для сталеалюминевых проводов 35/6,2 мм2 (алюминий/сталь). Длительно допустимый ток для этого провода составит 175 А. Температуру проводника определяем по формуле (3.13):
(3.13)

Выписываем из ГОСТ 839-80 (Приложение 5) погонное активное сопротивление провода при температуре 20 °С и по формуле (3.14) определяем погонное активное сопротивление проводника с учетом его температуры:
(3.14)

Индуктивное погонное сопротивление воздушной линии определяем по формуле (3.15), в которой среднее геометрическое расстояние между проводниками принимаем равным 1,3 м, а диаметр провода выписываем из ГОСТ 839-80 – 8,4 мм:
(3.15)

Полученные данные заносим в табл. 2.3
Выбор шин ЦТП
По расчетному току 759,55 А выбираем шинопровод марки ELINEKB на номинальный ток 800 А и сечением проводника 7х75 мм2 или 525 мм2. По таблице 1.3.31 ПУЭ находим длительно допустимый ток проводника сечением 6х100 мм2 или 600 мм2. Он составит 1425 А.
По формуле (3/16) определяем длительно допустимы ток шины сечением 525мм².
(3.16)

Температуру проводника определяем по формуле (3.13)

Выписываем из каталога (Приложение 5) погонное активное сопротивление шин при температуре 20 °С и по формуле (3.13) определяем погонное активное сопротивление проводника:

Погонное индуктивное сопротивление шинопровода выписываем из каталога (Приложение 5). Оно составляет х0=0,045 мОм/м.
Полученные данные заносим в табл. 2.3
Выбор кабеля к щиту освещения
По расчетному току 22,82 А с использованием таблицы 1.3.7 ПУЭ выбираем кабель с сечением токопроводящих жил 6 мм² и длительно допустимым током 49 А. Температуру проводника определяем по формуле:

Погонное активное сопротивление провода при температуре 20°С рассчитываем по формуле (3.17):
(3.17)

Определяем погонное активное сопротивление проводника с учетом его температуры:

Погонное индуктивное сопротивление кабеля принимаем равным х0=0,06мОм/м.
Таблица 2.3

3.3 Проверка проводников по потере напряжения

ПУЭ определяет следующие допустимые отклонения напряжения:
±5% на зажимах электродвигателей;
±5% в осветительных сетях наружного и внутреннего освещения жилых и общественных зданий, сетях аварийного освещения;
±2,5% в сетях рабочего освещения и на зажимах прожекторных установок.
Поскольку в ходе расчетов мы можем определить потерю напряжения только на зажимах щита освещения, требования по допустимой потере напряжения должны быть более жесткими, так как в расчетах не учитывается
потеря напряжения в самой осветительной линии. Примем для расчета допустимую величину отклонения напряжения на зажимах щита освещения равной ±2%.
Потеря напряжения в магистральной линии с множеством ответвлений по длине может быть определена по формуле (3.18)
(3.18)
где ΣIпр×lпр — сумма произведений тока присоединения на расстояние от источника до присоединения, А×км;
cosφ — средневзвешенный коэффициент мощности в целом на магистраль;
sinφ-определяется аналогично;
Проверим провода воздушной линии по допустимой потере напряжения по формуле (3.18).

Выбранный проводник проходит по допустимой потере напряжения. Результаты расчетов по проводнику заносим в Таблицу 2.4
Проверим шины ЦТП по допустимой потере напряжения
Остальные расчеты по потерям напряжения сведем в Таблицу 2.4

Таблицу 2.4-Проверка проводников по допустимой потере напряжения

3.4 Расчет троллейных линий

Исходя из заданной суммарной мощности двигателей крана (35 кВт), выбираем мощности двигателей отдельных приводов. Результаты заносим в табл. 2.5

Таблицу 2.4-Данные электрооборудования крана

Эффективное число электроприемников определим по формуле (3.19)
(3.19)

По номограмме на рис. 4 определяем коэффициент спроса k 30 = 0,6.
По формуле (3.20) определяем 30-ти минутного максимума нагрузки:
(3.20)

—
По найденному току с помощью табл. 9 [2] выбираем угловую сталь для троллеев сечением 25х25х3. Рассчитываем пиковый ток по формуле (3.21)
(3.21)

По табл. 10 [2] определяем удельную потерю напряжения в троллее при пиковом токе. Для уголка выбранного ранее сечения пиковый ток имеет слишком высокое значение. Поэтому выбираем уголок 50х50х5, удельная потеря напряжения в котором составит 0,26 В/м. По формуле (3.22) определяем потерю напряжения в троллеях/
(3.22)

Полученная потеря напряжения слишком велика, поэтому используем систему подпиток. По формуле (3.23) определяем допустимый пиковый ток троллеи
(3.23)
—
По формуле (3.24) находим ток подпитки, и по формуле (3.25) соотношение токов в троллеях и проводниках подпитки:
(3.24)

По найденному значению ϒ с помощью табл. 12 [2] выбираем для подпитки провод АПРТО сечением 120 мм 2, проложенный в стальной трубе параллельно троллеям. Шаг подпитки примем равным 10 м.

3.5 Расчет токов короткого замыкания

Коротким замыканием называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
Расчет токов короткого замыкания (ТКЗ) необходим для проверки по условиям электродинамической стойкости оборудования к параметрам аварийных режимов, возникающих в разрабатываемой сети (в данном случае к ТКЗ). При расчете ТКЗ будем использовать следующие допущения:
— трехфазная система является симметричной;
— насыщение магнитных систем отсутствует;
— подпиткой места КЗ со стороны электродвигателей пренебрегаем;
— апериодической составляющей ТКЗ пренебрегаем.
Самые большие значения ТКЗ возникают, как правило, при трехфазных КЗ. Поэтому целесообразно рассчитать токи трехфазного КЗ и проверить стойкость оборудования к данным токам. Для расчета ТКЗ составляется расчетная схема, которая представляет собой однолинейную схему электрической сети, включающей в себя только то оборудование сети, которое должно быть проверено на стойкость к ТКЗ. К данному оборудованию относят все оборудование, имеющее ошиновку (распределительные шкафы, шинопроводы, аппараты защиты и кабельные линии, питающие данное оборудование от трансформатора).
На рис. 1 представим расчетную схему на которой изобразим предполагаемые точки КЗ на однолинейной схеме электроснабжения цеха. Ток трехфазного короткого замыкания определяется по формуле (2.30)
(3.25)
где Uср – среднее номинальное напряжение при возникновении КЗ, В (Uср = 400 В); ZΣ – суммарное полное сопротивление до точки короткого замыкания, Ом.
Суммарное полное сопротивление до точки короткого замыкания рассчитывается:
(3.26)
Постоянная времени определятся, как
(3.27)
где — суммарное активное сопротивление до точки короткого замыкания, Ом. -суммарное реактивное сопротивление до точки короткого замыкания, Ом.
Ударный коэффициент тока КЗ определяется, как
(3.28)
Ударный ток КЗ определяется, как
(3.29)

рис. 1-Схема точек КЗ системы электроснабжения

На рисунке 2 приведена схема замещения сети при 3-х фазном КЗ.
Приведем пример определения тока короткого замыкания в точке Кцтп. Используя данные питающего трансформатора определим значение параметров схемы замещения по формулам (3.30) и (3.31)
(3.30)

где ΔPкз– потери короткого замыкания трансформатора, кВт;
UН – номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;
– номинальная паспортная мощность трансформатора, кВА

рис. 2-Схема замещения для расчета токов КЗ
(3.31)

где Uк% – напряжение короткого замыкания трансформатора, %
Активные и индуктивные сопротивления автоматических выключателей зависят от номинального тока автомата. Для вводного автомата на секцию на номинальный ток 1000А: , .Переходные активные сопротивления контактов за неимением точных сведений о переходных сопротивлениях каждого из контактов примем численное значение переходного сопротивления на первой ступени равным 10 мОм, на второй – 20 мОм, на третьей – 30 мОм. Сопротивление перехода до точки Кцтп

Активное сопротивление ВЛ : ;
Реактивное сопротивление ВЛ: ;
Посчитаем полное сопротивление участка от источника питания до точки КЗ. Просуммируем активные сопротивления линии:
.
Просуммируем реактивные сопротивления линии:

Определим полное сопротивление линии:

Определим ток трехфазного короткого замыкания в точке К1:

Определим ударный ток в точке Крунн.
Определим постоянную времени

Рассчитаем ударный коэффициент тока КЗ в точке Крунн

Подставим полученные значения в формулу (3.29) и получим:

Значение трехфазного тока короткого замыкания в остальных точках изображенных на рис. 1 сведем в Таблицу 2.5
Таблица 2.5-Расчет токов КЗ

3.6 Выбор аппаратов защиты от сверхтоков ЦТП и РП

При выборе аппаратов защиты от сверхтоков руководствуются следующими принципами:
1. Значение номинального тока аппарата должно быть больше расчетного тока защищаемого участка сети.
2. Значение минимального возможного сверхтока должно быть больше критического тока перегрузки сети, т.е. такого тока перегрузки, при котором
за время срабатывания аппарата защиты температура проводников достигнет допустимого значения.
3. Выбираемый аппарат должен быть отстроен от тока кратковременной перегрузки, возникающей, например, во время запуска двигателя.
4. Время-токовые характеристики аппаратов двух соседних ступеней не должны пересекаться в области сверхтоков нижней ступени.
Номинальный ток аппарата из-за возможного изменения его свойств за время эксплуатации, а также из-за неизбежного разброса характеристик, устанавливается меньшим по сравнению с пограничным током:
(3.32)
В связи с этим возможно возникновение ситуации , когда аппарат не сможет защитить проводники защищаемой сети от перегрузки во всем диапазоне сверхтоков. При этом тепловая характеристика защищаемой сети на определенном участке будет проходить ниже время-токовой характеристики защитного аппарата, что означает, что в этом диапазоне сверхтоков проводники перегреются раньше, чем сработает аппарат защиты.
При отстройке аппарата защиты от пусковых токов номинальный ток аппарата выбирают, соблюдая условие:
(3.33)
где Iп – пусковой ток двигателя;
Kп – коэффициент, устанавливаемый в зависимости от длительности пуска равным от 1 до 3 (меньшее значение для наиболее тяжелых пусков);
При защите многодвигательных агрегатов номинальный ток аппарата защиты выбирается с соблюдением условия:
(3.33)
где Iр – расчетный ток ответвления,
Iп – пусковой ток наиболее мощного двигателя,
Kп – принимается равным 2,5 для легких пусков и 1,6÷2 для наиболее тяжелых (10 с и более).
В качестве аппаратов защиты верхней ступени (вводные и фидерные аппараты ЦТП) обычно используются автоматические выключатели с возможностью настройки задержки срабатывания электромагнитного (мгновенного) расцепителя. В этом случае удается избежать пересечения время-токовых характеристик аппаратов соседних ступеней.
Выберем вводной аппарат на секцию ЦТП QF2 и фидерный аппарат питания силового распределительного пункта РП QF6.
Для всех ячеек подстанции будем выбрать аппараты одной серии, рассчитанные примерно на токовые нагрузки одного порядка, и добиваться обеспечения условий правильного срабатывания вводом соответствующих настроек расцепителей. В соответствии с приведенными в Таблице 1 расчетами, расчетные токи присоединений для вышеназванных аппаратов составляют 759,55 А и 348,79 А соответственно. Выбираем подходящие аппараты защиты серии IZMX16B3 с номинальными токами In 1000 А и 630 А соответственно.
— ток срабатывания теплового расцепителя Ir должен быть больше 1,05×Ip. Выбираем аппарата Q1: Ir = 0,9×In = 900 A, для аппарата Q2: Ir = 0,5×In = 315 A;
— время срабатывания теплового расцепителя определяется временем допустимого превышения тока нагрузки и устанавливается из ряда 2, 4, 7, 10, 12, 15, 20 и 24 с;
— ток срабатывания мгновенного расцепителя Isd определяется кратностью по отношению к выбранному току теплового расцепителя Ir, и должен быть меньше, чем минимальный сверхток в выбранном участке сети. Ориентировочно его можно определить по выражению 0,95×I(1д).
Выбираем аппарата Q1:
Isd ≤0,95×I(1д) = 0,95×11300×0,43 A;
Isd = 5×Ir=5×900 = 4500 A;
4500 A ≤4616,05 А;
условие выполняется, значит вводной автоматический выключатель на секцию ЦТП подобран правильно.
для аппарата Q2:
Isd ≤0,95×6200×0,45 A;
Isd = 5×Ir = 1575 A;
1575 A ≤ 2650 А; условие выполняется
условие выполняется, значит автоматический выключатель для питания РП подобран правильно.
— время задержки срабатывания мгновенного расцепителя tsd устанавливается исходя из количества ступеней защиты с близкими значениями сверхтоков в выбранной системе электроснабжения. В данном случае, количество таких ступеней 3. Соответственно на самой нижней ступени отключение должно производиться без выдержки времени, на второй ступени с минимальной выдержкой времени 100 мс из ряда 73, 100, 300 и 500 мс, на самой верхней ступени – 300 мс. Выбираем для аппарата Q1:
tsd = 300 мс, для аппарата Q2: tsd = 100 мс;
— ток срабатывания мгновенного расцепителя без выдержки времени Ii
устанавливается из соображений, что селективность срабатывания последовательно установленных аппаратов защиты будет обеспечена во всем диапазоне сверхтоков сети, защищаемой аппаратом нижней ступени. Таким образом, должно выполныться неравенство Ii > 1,05×Ik3
Тогда для аппарата Q1:
Ii > 1,05×11300 = 11865 А;
Ii = 12×In = 12000 А;
для аппарата Q2 ток Ii не устанавливается.
Аналогично осуществляется выбор уставок для расцепителей всех остальных аппаратов. Данные по выбраннм автоматическим выключателям сведем в Таблицу 2.6.

Таблицу 2.6-Выбор автоматических выключателей ЦТП

3.7 Расчет заземляющего устройства

Заземляющим устройством называют совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называют металлический проводник или группу проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющими проводниками называют металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановок с заземлителем.
Заземляющие устройства должны удовлетворять требованиям обеспечения безопасности людей и защиты электроустановок, а также обеспечения эксплуатационных режимов работы. Все металлические части электрооборудования и электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, заземляют. Каждый элемент установки, подлежащий заземлению, присоединяют к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного заземляющего проводника.
Сопротивление заземляющего устройства согласно ПУЭ не должно превышать 4 Ом, а в электроустановках с суммарной мощностью параллельно работающих генераторов и трансформаторов 100кВА и ниже оно не должно быть больше 10 Ом.
Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя, т.к. заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземлителя, чтобы суммарное сопротивление не превышало расчетного.
Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз. Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьше из требуемых.
Заземляющее устройство цеха выполнено в виде заземляющего контура, расположенного на глубине 0,7 метра на расстоянии 1,5 м от фундамента здания цеха и имеет суммарную длину 120 м. Измеренное удельное сопротивление грунта составило 200 Ом×м. Измерения проводились при условиях, обеспечивающих примерно среднее значение удельного сопротивления. Измеренное сопротивление естественных заземлителей составило 30 Ом. Требуемое сопротивление заземления 4 Ом.

Для вертикальных заземлителей выбираем стальные стержни, диаметром 16 мм и длиной 4 м, устанавливаемые в траншее с помощью специальной машины. Сопротивление одиночного вертикального заземлителя составит:

Требуемое количество вертикальных заземлителей.

Требуемое количество вертикальных заземлителей . Коэффициент использования определен с учетом того, что при расчетном количестве электродов шаг между электродами составит 4 метра, и соответственно соотношение шага и длины электрода равно 1.
Сопротивление горизонтального заземлителя:
42,43 Ом
Суммарное расчетное сопротивление искусственного заземлителя

Суммарное сопротивление заземляющего устройства с учетом естественных
заземлителей составит

3.8 Расчет компенсирующего устройства
Прохождение в электрических сетях реактивных токов ведет за собой и добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требует увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей СЭС.
Реактивной мощностью дополнительно нагружаются питающие и распределительные сети предприятия, соответственно увеличивается общее потребление электроэнергии. Меры по снижению потребления реактивной мощности:
Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.
Делится на два вида: 1) Естественная (естественный Cos φ) без применения специальных компенсирующих устройств (КУ); 2) Искусственная (искусственный Cos φ) или просто компенсация с применением КУ.
При выборе компенсирующего устройства (кВар) подтверждается необходимость их комплексного использования как для поддержания режима напряжения в сети, так и для компенсации реактивной мощности.
Мощность Qк компенсирующего устройства (кВар) определяется по формуле:
(3.34)
Pсм – активная сменная мощность на стороне НН трансформатора до компенсации;
tgφ1 — tgφ до компенсации;
tgφ2 – tgφ после компенсации, задается энергосистемой или принимается равным cos(0,98-0,99);

В качестве установок для компенсации реактивной мощности выбираем конденсаторные установки типа КРМ-0,4-105-7,5У3,[8] которые установим на 1 и 2 секцию РУ 0,4кВ КТП. Данные по конденсаторной установки сведем в Таблицу 12.

Таблица 2.7 Данные конденсаторной установки

---

1 2