ID: 51096

Название работы: Проектирование цехового электроснабжения

Категория: Курсовая

Предметная область: Энергетика

Описание: Целью выполнения данной курсовой работы является закрепление на практике основных вопросов дисциплины «Основы электроснабжения промышленных предприятий», таких как расчет электрических нагрузок, выбор сетевых элементов, расчет токов короткого замыкания и т.д. Ниже и решаются все эти задачи для конкретного цеха с определенным набором электроприемников.

Язык: Русский

Дата добавления: 2014-02-05

Размер файла: 425.53 KB

Работу скачали: 28 чел.

11

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО Вологодский Государственный Технический Университет

Кафедра: Электроснабжения

Дисциплина: электроснабжение промышленных предприятий

Курсовая работа

Проектирование цехового электроснабжения

Вариант 7

Выполнил.………………………………ст.гр. ЭС-41 Кузнецов И.А.

Принял………………………………….преподаватель Беляев А.В.

Вологда

2012

Содержание

стр.

Введение………………………………………………………..……………….3

1. Исходные данные…………………………………………..………………..4

2. Определение расчетных нагрузок силовых электроприемников…………5

3. Определение расчетной нагрузки освещения…………….………………..7

4. Определение места, числа и мощности трансформаторов КТП, определение необходимости установок компенсации реактивной мощности………….…….…………………………………………………………..10

5. Разработка схемы электроснабжения………………………...….………..15

6. Выбор сетевых элементов……………………………….….….…………..16

7. Расчет токов короткого замыкания……………………….…..….………..21

7.1. Составление расчетной схемы и схемы замещения………….………...22

7.2. Расчет параметров схемы замещения……………………...….………...24

7.3. Расчет токов трехфазного короткого замыкания………………..….….26

7.4. Расчет токов однофазного короткого замыкания………………………27

8. Выбор и проверка защитных аппаратов. Построение карты селективности………………………………………………………………………29

8.1. Условия выбора и проверки автоматического выключателя………….29

8.2. Условия выбора и проверки плавких предохранителей……………….30

8.3. Пример расчета автовыключателей и предохранителей………………31

Список использованных источников……………………….……………….36

ВВЕДЕНИЕ

Целью выполнения данной курсовой работы является закрепление на практике основных вопросов дисциплины «Основы электроснабжения промышленных предприятий», таких как расчет электрических нагрузок, выбор сетевых элементов, расчет токов короткого замыкания и т.д. Ниже и решаются все эти задачи  для конкретного цеха с определенным  набором электроприемников.

Исходные данные

Потребители электрической энергии механического отделения представлены в табл.1.

Таблица 1

Наименование потребителя	Номинальная мощность, кВт	Кол-во потребителей
Прокатный стан	100	1
4-валковый прокатный стан	175	2
Ножницы - тяпки	7,5	1
Ножницы дисковые концевые	17	2
Ножницы дисковые	4	1
Прокладочный станок	3	2
Листоправочная машина	1,5	1
Гидравлический пресс	10	1
Гильотинные ножницы	10	1
Вальцешлифовальный станок	7,5	2
Пресс	22	2
Брикетировочный пресс, 630т	30	2
Токарный полуавтомат	5,65	3
Вертикально-сверлильный станок	15	2
Токарно-винторезный станок	14,25	4
Кран мостовой, G=5т, ПВ=40%	10,8	2
Кран мостовой, G=10т, ПВ=40%	29,2	1

2. Определение расчетных нагрузок силовых электроприемников.

Т.к. электроприемники отличаются по мощности и режиму работы, то в качестве основного метода расчёта применяем метод упорядоченных диаграмм.

Расчёт производим по формулам:

                (2.1)

                  (2.2)

где ,- среднесменная активная и реактивная мощности соответственно,

 - коэффициент использования,

 - номинальная мощность электроприемника.

При расчете мостового крана принимаем:

,                (2.3)

где ПВ - продолжительность включения.

Расчётная активная и реактивная нагрузка группы потребителей, подключённых к узлам питания, определяется по формулам:

,                 (2.4)

,                (2.5) где  - номинальная активная мощность i-го потребителя;

- коэффициент использования активной мощности для i-го потребителя (справочная величина);

- коэффициент расчётной нагрузки, определяется по [1, с. 10,  табл. 3] с помощью и .

Значение определяют по выражению:

,                (2.6)

где n число приемников в группе.

Результаты расчета и распределение электрических нагрузок по РП приведено в таблице 2.

3. Определение расчетной нагрузки освещения.

Расчет осветительной нагрузки общего освещения выполнен по методу удельных мощностей, в соответствии с которым расчетная активная осветительная нагрузка определяется по формуле:

,                (3.1)

где  – коэффициент спроса осветительной установки;

     – коэффициент пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

      РУСТ - установленная мощность осветительных установок,   определяется по формуле:

     ,

       где уд – удельная мощность осветительной установки, Вт/м2;

       S – площадь цеха, м2.

Тип источника света – светильники РСП08 с лампами ДРЛ, принимаем равным 1,1. Коэффициент спроса осветительной установки принимаем =0,9.

Значения уд при E=100 лк приведены в справочных данных, уд=4,9. При этом коэффициенты отражения стен , потолка и рабочей поверхности приняты равными: 50%, 30%, 10% соответственно. Для проектируемого цеха согласно СНиП 23-05-95  Ен принимаем равным 500 лк.

Значение уд при нормированном значении освещенности:  

            (3.2)

Площадь цеха S =24*30=720 м2.

Расчетная активная осветительная нагрузка:

 кВт            (3.3)

Расчётная реактивная нагрузка осветительных установок определяется по формуле

,                 (3.4)

где   соответствует осветительной установки, принимаем   =1,17, тогда расчетная реактивная нагрузка осветительных установок:

 кВар.

Результаты расчета представлены в таблице 2.

    Таблица 2.

Расчетные нагрузки РП и КТП
Исходные данные						Расчетные параметры
По заданию				Справочные		Pср.см, кВт	Qср.см, кВт	nэф	Кр	Pр	Qр	Sр	Iр
Наименование	Кол-во, шт	Pном, кВт	∑Pном, кВт	Ки	tgф
														47                     Вентилятор вытяжной	1	7,5	7,5	0,6	0,75	4,5	3,375
														44,45,46          Электронагревательная плита	3	4	12	0,5	0,33	6	1,98
32                    Стружечный транспортер	1	22	22	0,4	0,75	8,8	6,6
34                    Кран-балка на 3т	1	8,3	8,3	0,3	1,73	2,49	4,3077
11,12,13          Циркулярно-маятниковая пила	3	4	12	0,35	1,52	4,2	6,384
39,40               Рейсмусный станок	2	4	8	0,35	1,52	2,8	4,256
41,42               Вертикально-сверлильный станок	2	1,1	2,2	0,2	1	0,44	0,44
43                   Фуговальный станок	1	4	4	0,6	1,17	2,4	2,808
14,15,16         Циркулярная пила	3	3	9	0,25	1,52	2,25	3,42
35,36               Полировальный станок	2	1,1	2,2	0,2	2,7	0,44	1,188
37,38               Круглошлифовальный станок	2	2,2	4,4	0,2	1,33	0,88	1,1704
9,10                 Электрорубанок	2	10	20	0,6	1,17	12	14,04
Итого по РЩ1	23		111,6	0,423		47,2	49,969	9	1,09	51,45	54,47	74,9	114
26,27,28,29     Комбинированный деревообрабатывающий станок	4	7,5	30	0,55	0,75	16,5	12,375
30,31               Вертикально-сверлильный станок	2	1,1	2,2	0,2	1	0,44	0,44
24,25               Фрезерный станок	2	4	8	0,14	1,73	1,12	1,9376
33                    Стружечный транспортер	1	22	22	0,4	0,75	8,8	6,6
21,22               Шипорезный станок	2	7,5	15	0,2	1	3	3
23                    Фуговальный станок	1	4	4	0,6	1,17	2,4	2,808
19,20               Заточный станок	2	2,2	4,4	0,2	0,86	0,88	0,7568
17,18               Механический колун	2	4	8	0,2	2,3	1,6	3,68
7,8                   Электрорубанок	2	10	20	0,6	1,17	12	14,04
Итого по РЩ2	18		113,6	0,411		46,74	45,637	6	1,11	51,88	50,66	72,51	110,3
6                       Вентилятор вытяжной	1	7,5	7,5	0,6	0,75	4,5	3,375
5                       Высокочастотная установка для сушки древесины	1	70	70	0,5	0,62	35	21,7
4                       Лесопильная рама	1	30	30	0,6	0,75	18	13,5
Итого по РЩ3	3		107,5	0,535		57,5	38,575	2	1,6	92	61,72	110,8	168,5
1                       Вентилятор вытяжной	1	7,5	7,5	0,6	0,75	4,5	3,375
2                       Высокочастотная установка для сушки древесины	1	70	70	0,5	0,62	35	21,7
3                       Лесопильная рама	1	30	30	0,6	0,75	18	13,5
Итого по РЩ4	3		107,5	0,535		57,5	38,575	2	1,6	92	61,72	110,8	168,5
Освещение цеха										12,57	14,71	19,35	29,43
По КТП	47		440,2	0,475		208,9	172,76	19	1	221,5	204,7	301,6	458,8

4. Определение места, числа и мощности трансформаторов КТП, определение необходимости установок компенсации реактивной мощности.  

Выбор числа цеховых трансформаторов, согласно «Указаниям по проектированию установок компенсации реактивной мощности в электрических сетях общего назначения промышленных предприятий» (РТМ 36.1832.6-92) осуществляется одновременно с решением вопроса компенсации реактивной мощности.

Потребители электроэнергии цеха по категориям надежности распределены следующим образом:

I	-	60 %	-	Кз=0,70
II	-	40 %	-	Кз=0,85
III	-	0 %	-	Кз=0,95

Примем 8000 ч при восьмичасовой двухсменной работе и 4500 ч/год.

Рассмотрим трансформаторы ТМГ-400/10/0.4 и ТМ-630/10/0,4

Учитывая, что 60 % потребителей электроэнергии относится к II категории надежности, принимаем Кз=0,85.

Минимальное число цеховых трансформаторов определяется по формуле:

(4.1)

где  Рр – расчетная активная нагрузка цеха (определяется как сумма силовой и осветительной нагрузок);

КЗ – коэффициент загрузки трансформаторов, принимаемый в зависимости от категории надежности потребителей электроэнергии;

SН.Т – номинальная мощность трансформатора.

=> 1 трансформатор.

=> 1 трансформатор.

Исходя из условия надежности электроснабжения, выбираем два трансформатора, т.к. большинство потребителей относятся к II категории.

Выбранное количество трансформаторов способно передать в сеть напряжением до 1 кВ при заданном коэффициенте загрузки реактивную мощность QТ, величина которой определяется по формуле:

(4.2)

кВар

кВар

Мощность низковольтных конденсаторных батарей определяется по формуле:

(4.3)

где Qр – расчетная реактивная нагрузка потребителей цеха.

кВар

Компенсация реактивной мощности не требуется, т.к. два трансформатора мощностью 400 кВ∙А могут передать всю расчетную реактивную мощность.

кВар

Компенсация реактивной мощности не требуется, т.к. два трансформатора мощностью 630 кВ∙А могут передать всю расчетную реактивную мощность.

Загрузка силового трансформатора в послеаварийном режиме характеризуется коэффициентом кЗ.АВ, который определяется по формуле:

(4.4)

где - число трансформаторов, принятых к установке с номинальной мощностью-

Аварийный коэффициент загрузки не должен превышать 1,4 (превышение допустимо на время не более 6 ч. в сутки, не более 5 суток подряд). При этом коэффициент начальной загрузки не должен превышать 0,93.

Как следует из приведенных расчетов, предпочтение какому либо варианту на основании технических расчетов отдать нельзя. Для окончательного выбора необходимо произвести технико-экономическое сравнение предложенных вариантов (отчет по технико-экономическому сравнению проведён автоматически на сайте онлайн-электрик.ру).

Технико-экономического сравнение вариантов КТП производится по приведённым затратам. Приведённые затраты определяем по формуле

ЗΣ = (Е+ На)·ККТП+ИП.КТП+ИОБСЛ.КТП, тыс.руб,          (4,5)

где Е – нормативный коэффициент экономической эффективности (Е=0,16);

ККТП – полные капитальные затраты с учетом стоимости оборудования и монтажных работ;

ИП.КТП – стоимость потерь электроэнергии;

На- норма амортизационных отчислений (На=0,035);

ИОБСЛ.КТП – затраты на обслуживание.

 Сравним технически возможные варианты КТП с трансформаторами:

вариант 1 - 2хТМ-400;

вариант 2 - 2хТМ-630;

 

Капитальные затраты рассчитываем по формуле:

                     Кн = Цо ( 1 + σт + σс + σм), тыс.руб,                       (4.6)

где  Цо – оптовая цена оборудования, руб. Определяется по региональным ценникам, тыс. руб;

      σт – коэффициент, учитывающий транспортно – заготовительные      расходы, связанные с приобретением оборудования;

      σт =0,005,

      σс – коэффициент, учитывающий затраты на строительные работы,

                 σс = 0,020;

       σм – коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и отладку     оборудования,  σм =0,1.

Для технико-экономического сравнения вариантов принимаем:

– оптовая цена оборудования 2хТМ-400 -  Цо = 240 тыс.руб,

– продолжительность работы трансформатора в году Т = 8760 ч;

– годовое число часов использования максимальной нагрузки ТМАХ = 3500 ч;

– потери активной мощности в трансформаторе в режиме холостого хода, для трансформаторов ТМ-400 ∆PХХ=0,87  кВт.

– потери активной мощности в трансформаторе в режиме короткого замыкания, для трансформаторов для ТМ-400 PКЗ=6,1 кВт.

– коэффициент загрузки трансформаторов для ТМ-400  КЗ =1,917;

Для остальных вариантов параметры приведены в табл.1.

По (4.6) определяем капитальные затраты:

Кн(1) = 240 (1 + 0,005+0,02+0,1) = 270 тыс. руб.

Потери в трансформаторах, при раздельной работе, рассчитываем по (4.7):

              Ип.тр. = С0·(Nтр·∆Рхх·Тг + кз2·∆Ркз·τn∙ Nтр ), тыс. руб,                (4.7)

где Тг – годовое время работы трансформатора в зависимости от  мощности, ч;

     С0 – стоимость электроэнергии, кВт.ч (по среднему тарифу  С0 = 1,96 руб/кВтч);

     Nтр- количество трансформаторов;

     кз –  коэффициент загрузки;

∆PХХ – потери активной мощности в трансформаторе в режиме холостого хода, кВт;

∆PКЗ – потери активной мощности в трансформаторе в режиме короткого замыкания, кВт;

– время максимальных потерь, ч

                                     , ч;                          (4.8)

где  ТМАХ – годовое число часов использования максимальной нагрузки

По (4.8) определим время максимальных потерь:

                              ч,

По (4.7) определяем потери в трансформаторе:

Ипот.тр.(1) = 1,960·(2 · 0,87 · 8760 +1,917 2 · 6,1 · 1968,2∙ 2) =

=202,825  тыс. руб         

Затраты на  обслуживание и ремонт рассчитываем по формуле

 Иобсл = (Нобсл + Нрем)∙Кн,  тыс. руб        (4.9)

где Кн – капитальные вложения в новое оборудование, тыс. руб;

     Нобсл , Нрем - нормы отчислений на ремонт и обслуживание, % (Нобсл=0,01, Нрем=0,029).

По (4.9) определяем затраты на обслуживание и ремонт:

Иобсл(1) = (0,010 +0,029)∙ 270  = 10,53 тыс. руб

По (1) определяем приведенные затраты по вариантам:

ЗΣ(1) = (0,035+0,16)∙270+ 202,83+10,53 =234,42 тыс.руб

Результаты расчётов для вариантов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Технико-экономическое сравнение вариантов КТП

Параметр	Размерность	вариант 1	вариант 2
		2х ТМ-400	2х ТМ-630
КЗ	–	1,917	1,198
РХХ	кВт	0,87	1,3
РКЗ	кВт	6,1	8,7
N*Рхх*Т	кВтּч	15242,4	22776
N*Ркз*кз2*	кВтּч	88239,8	49150
W	кВтּч	103482,3	71926
Ипот.тр	тыс. руб.	202,83	140,98
ККТП	тыс. руб.	270	517,5
Иобсл.тр	тыс. руб.	10,53	21,18
З	тыс. руб.	269,3	318,6

Как следует из расчётов, наименьшие приведённые затраты для ТП имеют место в 1-ом варианте. Поскольку затраты по вариантам отличаются менее чем на 20%, то выбор сделаем в пользу более дорогого варианта №2, как более надежного и перспективного (с учетом роста нагрузок).

   Окончательно принимаем к установке вариант № 2: ТП 2 х ТМ-630.

Разработка схемы электроснабжения. 

В цехе используется магистральная схема распределения электроэнергии.

Магистральную схему выполняю кабелями, так как потребители в цехе маломощные (общий расчетный ток не превышает 900 А), в цехе имеются кран-балки которые затрудняют использование магистральных шинопроводов.

Схема подключения магистралей к ТП приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1 – Схема подключения магистралей к 2Х трансформаторной ПС

Схема осветительных сетей представлена на рис. 3.

Рис. 3 – Схема рабочего и аварийного освещения от двухтрансформаторной КТП:

1 – КТП; 2 – магистральные пункты; 3 – групповой щиток рабочего освещения; 4 – групповой щиток аварийного освещения; 5 – линия питающей сети аварийного освещения; 6 – линия питающей сети рабочего освещения;

7– питание рабочего освещения других участков здания.

6. Выбор сетевых элементов.

6.1. Выбор силовых кабелей

Сечение проводов и жилых кабелей сети на напряжение до 1 кВ выбирают по следующим условиям:

1. по нагреву

(6.1)

где IР – расчетный ток нагрузки, определяемый по формуле:

(6.2)

где  IДОП – допустимый ток, определяется по табл. 1.3.3. [ПУЭ];

КПР – коэффициент прокладки, учитывающий снижение допустимой токовой нагрузки проводов и кабелей при их многослойной прокладке в коробах.

2. по термической стойкости

На основании проведенных исследований установлено, что кабели до 1 кВ можно не проверять на термическую стойкость при КЗ, если алюминиевые жилы имеют сечение 25 мм2 и более, а медные 16 мм2 и более.

3. по потерям напряжения

Выбранный кабель проверяется по потерям напряжения  по следующим формулам:

(6.3)

где r0 и x0 – удельное активное и реактивное сопротивление кабеля;

  – длина кабеля;

 cosφ и sinφ – доли активной и реактивной слагающих в IР.

4. согласование выбранного сечения провода с защитной аппаратурой:

(6.4)

где IЗ – ток плавкой вставки предохранителя;

КЗ – коэффициент защиты.

Пример выбора кабеля W1

Кабель W является кабелем от РЩ4 до ЭП1.

1. по нагреву

;

.

IДОП=24 А [6, табл. 1.3.5] для кабеля АВВГ-1×2,5 (алюминиевая жила, поливинилхлоридная изоляция);

КПР=1 – для одного отдельно проложенного [6].

2. по потерям напряжения

В.

0,272/UНОМ=0,1%, так как отпайки трансформатора установлены в нулевое положение, то падение напряжения не должно превышать 5% от UНОМ, следовательно, данный кабель проходит по потерям напряжения.

6.2. Выбор кабеля освещения

Пример выбора кабеля для освещения цеха

1. по нагреву

;

IДОП=24 А [6, табл. 1.3.5] для кабеля АВВГ-1×2,5.

2. по потерям напряжения

4,31/UНОМ=1,1%, т.е. находится в допустимых пределах ±5%UНОМ.

Результаты выбора кабелей для остальных линий  сведены в таблицу 5.

    Таблица 5

Выбор кабелей
№	Название	L,м	U, В	Pном, кВт	cosφ	Iр, А	Kпр	Марка	Iдоп, А	Iдоп*Kпр	Rw0, мОм/м	Xw0, мОм/м	Rw, мОм	Xw, мОм	U,В
W47	Вентилятор вытяжной	14,71	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	0,1736	1,53	3,45
W44	Электронагревательная плита	6,24	380	4	0,95	6,397	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	73,632	0,649	0,78
W45		6,71	380	4	0,95	6,397	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	79,178	0,698	0,84
W46		9,79	380	4	0,95	6,397	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	115,52	1,018	1,22
W32	Стружечный транспортер	3,88	380	22	0,65	51,424	1	АВВГнг 1x10	60	60	2,94	0,073	11,407	0,283	0,68
W34	Кран-балка на 3т	0,57	380	8,3	0,5	25,221	1	АВВГнг 1x4	32	32	7,36	0,095	4,1952	0,054	0,09
W11	Циркулярно- маятниковая пила	14,92	380	4	0,55	11,050	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	176,06	1,552	1,88
W12		12,21	380	4	0,55	11,050	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	144,08	1,27	1,54
W13		9,79	380	4	0,55	11,050	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	115,52	1,018	1,23
W39	Рейсмусовый станок	14,29	380	4	0,55	11,050	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	168,62	1,486	1,80
W40		11,47	380	4	0,55	11,050	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	135,35	1,193	1,44
W41	Вертикально- сверлильный станок	9,05	380	1,1	0,71	2,354	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	106,79	0,941	0,31
W42		6,66	380	1,1	0,71	2,354	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	78,588	0,693	0,23
W43	Фуговальный станок	10,84	380	4	0,65	9,350	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	127,91	1,127	1,36
W14	Циркулярная пила	10,79	380	3	0,55	8,287	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	127,32	1,122	1,02
W15		8,22	380	3	0,55	8,287	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	96,996	0,855	0,78
W16		5,38	380	3	0,55	8,287	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	63,484	0,56	0,51
W35	Полировальный станок	20,56	380	1,1	0,35	4,775	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	242,61	2,138	0,72
W36		19,71	380	1,1	0,35	4,775	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	232,58	2,05	0,69
W37	Круглошлифовальный станок	19,60	380	2,2	0,6	5,571	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	231,28	2,038	1,35
W38		17,00	380	2,2	0,6	5,571	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	200,6	1,768	1,18
W9	Электрорубанок	14,76	380	10	0,65	23,375	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	174,17	1,535	4,63
W10		15,82	380	10	0,65	23,375	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	186,68	1,645	4,96
W48	Итого по РЩ1	31,63			0,8	271,690	1	АВВГнг 1x120	295	295	0,246	0,0602	7,781	1,904	3,47
W26	Комбинированный деревообрабатывающий станок	10,09	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	119,06	1,049	2,37
W27		12,64	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	149,15	1,315	2,96
W28		10,42	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	122,96	1,084	2,44
W29		9,14	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	107,85	0,951	2,14
W30	Вертикально- сверлильный станок	5,71	380	1,1	0,71	2,354	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	67,378	0,594	0,20
W31		3,57	380	1,1	0,71	2,354	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	42,126	0,371	0,12
W24	Фрезерный станок	6,79	380	4	0,5	12,155	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	80,122	0,706	0,86
W25		9,33	380	4	0,5	12,155	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	110,09	0,97	1,18
W33	Стружечный транспортер	3,51	380	22	0,8	41,782	1	АВВГнг 1x10	60	60	2,94	0,073	10,319	0,256	0,61
W21	Шипорезный станок	14,81	380	7,5	0,71	16,049	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	174,76	1,54	3,48
W22		12,81	380	7,5	0,71	16,049	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	151,16	1,332	3,01
W23	Фуговальный станок	11,01	380	4	0,65	9,350	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	129,92	1,145	1,38
W19	Заточный станок	17,39	380	2,2	0,76	4,398	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	205,2	1,809	1,20
W20		15,21	380	2,2	0,76	4,398	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	179,48	1,582	1,05
W17	Механический колун	11,11	380	4	0,4	15,193	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	131,1	1,155	1,41
W18		8,03	380	4	0,4	15,193	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	94,754	0,835	1,02
W7	Электрорубанок	16,42	380	10	0,65	23,375	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	193,76	1,708	5,15
W8		14,76	380	10	0,65	23,375	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	174,17	1,535	4,63
W49	Итого по РЩ2	32,19			0,8	255,155	1	АВВГнг 1x120	295	295	0,246	0,0602	7,9187	1,938	3,31
W4	Лесопильная рама	7,71	380	30	0,8	56,975	1	АВВГнг 1x16	75	75	1,84	0,068	14,186	0,524	1,15
W5	Высокочастотная установка для сушки древесины	3,47	380	70	0,85	125,122	1	АВВГнг 1x35	130	130	0,843	0,0637	2,9252	0,221	0,56
W6	Вентилятор вытяжной	1,56	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	18,408	0,162	0,37
W50	Итого по РЩ3	18,11			0,8	196,342	1	АВВГнг 1x70	210	210	0,421	0,0612	7,6243	1,108	2,30
W1	Вентилятор вытяжной	1,16	380	7,5	0,8	14,244	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	13,688	0,121	0,27
W2	Высокочастотная установка для сушки древесины	2,71	380	70	0,85	125,122	1	АВВГнг 1x35	130	130	0,843	0,0637	2,2845	0,173	0,44
W3	Лесопильная рама	7,93	380	30	0,8	56,975	1	АВВГнг 1x16	75	75	1,84	0,068	14,591	0,539	1,18
W51	Итого по РЩ4	20,67			0,8	196,342	1	АВВГнг 1x70	210	210	0,421	0,0612	8,7021	1,265	2,63
W52	Освещение цеха	20	380	13	0,8	23,873	1	АВВГнг 1x2,5	24	24	11,8	0,104	236	2,08	7,86

7. Расчет токов короткого замыкания.

Коротким замыканием (КЗ) называется непосредственное соединение между любыми точками разных фаз, фазы и нулевого провода и нулевого провода или фазы с землей, не предусмотренное нормальными условиями работы установки.

В электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ расчет токов короткого замыкания выполняется с целью проверки коммутационной аппаратуры и кабелей на динамическую стойкость, проверки чувствительности и селективности действия защит.

Основные виды КЗ:

1) трехфазное КЗ, при котором все три фазы замкнуты между собой в одной точке;

2) двухфазное КЗ, при котором происходит замыкание двух фаз между собой;

3) двухфазное КЗ на землю, при котором замыкание двух фаз между собой сопровождается замыканием точки повреждения на землю;

4) однофазное КЗ, при котором происходит замыкание одной фазы из фаз на нулевой провод или на землю.

Трехфазное КЗ является симметричным, поскольку при нем все три фазы оказываются в одинаковых условиях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку фазы не остаются в одинаковых условиях, а системы токов и напряжений получаются искаженными.

Расчёт токов КЗ проводим для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики и для проверки параметров оборудования.

Для упрощения расчета введём ряд допущений не вносящих существенных погрешностей:

1. фазы ЭДС генератора не изменяются в течении всего процесса;

2. линейность всех элементов схемы;

3. приближенный учёт нагрузок;

4. симметричность всех элементов за исключением мест короткого замыкания;

5. пренебрежение активными сопротивлениями, если x/r>3;

6. токи намагничивания трансформаторов не учитываются.

Погрешность расчётов при данных допущениях не превышает 25%

7.1. Составление расчетной схемы и схемы замещения

Для расчета токов КЗ необходимо составить расчетную схему системы электроснабжения и на ее основе схему замещения, которая необходима для упрощения расчета токов КЗ, так как все величины в схеме замещения берутся при одних и тех же условиях. Расчетная схема представляет собой упрощенную однолинейную схему, на которой указывают все элементы системы электроснабжения и их параметры, влияющие на ток КЗ. Здесь же указывают точки, в которых необходимо определить ток КЗ. Схема замещения представляет собой электрическую схему, соответствующую расчетной схеме, в которой все магнитные связи заменены электрическими и все элементы системы электроснабжения представлены сопротивлениями.

Расчет токов короткого замыкания покажем на примере механического участка для одной магистрали. Расчетная схема представлена на рис. 7.1. Схема замещения представлена на рис. 7.2.

Для рассмотрения расчета токов короткого замыкания взят электроприемник №2 на плане цеха.

Рис. 7.1 – Расчетная схема

Рис. 7.2 – Схема замещения

7.2. Расчет параметров схемы замещения

Сопротивление питающей системы определяется по формуле:

(7.1)

где UСР.НН – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке низшего напряжения трансформатора, В;

UСР,ВН – среднее номинальное напряжение сети, подключенной к обмотке высшего напряжения трансформатора, В;

IОТК.НОМ – номинальный ток отключения выключателя, установленного на стороне высшего напряжения понижающего трансформатора, А.

В нашем случае:         

.

Активное сопротивление понижающего трансформатора равно:

(7.2)

где SТ.НН – номинальная мощность трансформатора, кВА;

РК,Н – потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

UН.НН – номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ.

Реактивное сопротивление понижающего трансформатора равно:

(7.3)

где UK – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

В нашем случае:

10,24 Ом

Ом

Сопротивление автоматических выключателей находим по табл. 6.4 [3]:

QF1: IH=600 А  RВ1=0,41 мОм ХВ1=0,13 мОм

QF2: IH=200 А  RВ2=1,1 мОм ХВ2=0,5 мОм

QF3: IH=200 А  RВ2=1,1 мОм ХВ2=0,5 мОм

QF4: IH=140 А  RВ2=1,3 мОм ХВ2=0,7 мОм

Сопротивления измерительного трансформатора тока TT находим по табл. 6.7 [3]: RTT=0,03 мОм ХТТ=0,05 мОм КТ=600/5.

Активное и реактивное сопротивления кабельных линий и проводов определяются по формулам:

R=R0· Х=Х0·

(7.4)

где R0 и X0 – удельное активное и удельное реактивное сопротивления, мОм/м;

– длина линии, м.

Результаты расчета представлены в таблице 5.

Сопротивление шин находим по табл. 6.6 [3]:

Шина 1: RШ1=0,0037 мОм.

Шина 2: RШ2=0,021 мОм.

7.3. Расчет токов трехфазного короткого замыкания

Рассчитаем ток трехфазного КЗ в точке К1, К2, К3 по следующей методике.

Ток КЗ без учета сопротивления дуги определяется по формуле:

(7.5)

где UCP.HH – среднее напряжение, кВ;

R∑ и X∑ – активное и реактивное сопротивление до места КЗ, мОм.

Сопротивление дуги находится по формуле:

(7.6)

где UД=EД∙Д – напряжение дуги, В;

Д =50 мм – длина дуги по табл. 6.9 [3];

IПО – ток КЗ в месте повреждения без учета сопротивления дуги, кА.

Ток КЗ с учетом сопротивления дуги определяется по формуле:

(7.7)

где UCP.HH – среднее напряжение, кВ;

R∑ и X∑ – активное и реактивное сопротивление до места КЗ, мОм;

RД – сопротивление дуги, мОм.

Ударный ток КЗ определяется по следующей формуле:

(7.8)

где IПО – ток КЗ в месте повреждения с учетом сопротивления дуги, кА;

KУД=1+exp(-0,01/Tа) – ударный коэффициент;

– постоянная времени затухания тока.

Суммарное сопротивление до точки КЗ без учета сопротивления дуги:

точка К1
точка К2
точка К3

Результаты расчетов сведены в табл. 6.

7.4. Расчет токов однофазного короткого замыкания

Токи однофазного КЗ в сетях напряжением до 1 кВ, как правило, являются минимальными. По величине этих токов проверяется чувствительность защитной аппаратуры.

Действующее значение периодической составляющей тока однофазного КЗ определяют по следующей формуле:

(7.9)

где UCP,HH – среднее напряжение, кВ;

– полное сопротивление питающей системы трансформатора, а также переходных контактов току однофазного КЗ, мОм;

ZП – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, мОм.

Полное сопротивление питающей системы трансформатора и переходных контактов току однофазного КЗ определяется по формуле:

(7.10)

где R1T, R2T и X1T, X2T – активные и индуктивные сопротивления прямой и обратной последовательности силового трансформатора, мОм;

R0T и X0T – активное и индуктивное сопротивление нулевой последовательности силового трансформатора, мОм;

RПК – сопротивление переходных контактов, мОм.

Значения R1T=R2T и X1T=X2T. Значения R0T и X0T находятся по табл. 6.10 [3].

Значения RПК находятся по табл. 6.1, табл. 6.12 и табл. 6.13 [3].

Наименьшее значение ток однофазного короткого замыкания будет иметь в точке К3. Результаты расчетов сведены в табл. 7.

Таблица 6

Результаты расчета токов трехфазного короткого замыкания

№	Точка КЗ	Суммарные сопротивления, мОм		IПО без учета RД, кА	RД, мОм	IПО с учетом RД, кА	Ta	КУД	iУД, кА
		R∑	X∑
1.	К1	1,89	9,46	23,94	4,68	20,05	0,016	1,535	43,53
2.	К2	4,81	10,35	20,22	5,54	15,77	0,007	1,24	27,65
3.	К3	20,01	12,92	9,7	11,55	6,77	0,0021	1,01	9,67

Таблица 7

Результаты расчета токов однофазного короткого замыкания

№	Точка КЗ	Полное сопротивление системы без учета сопротивления дуги Z∑, мОм	RД, мОм	без учета RД, кА	с учетом RД, кА
1.	К1	15,83	5,74	15,21	12,39
2.	К2	18,13	6,81	11,56	10,04
3.	К3	26,69	8,45	5,45	4,67

8. Выбор и проверка защитных аппаратов. Построение карты селективности.

8.1. Условия выбора и проверки автоматического выключателя

1. Соответствие номинального  напряжения АВ Uн,в номинальному напряжению сети Uн,с

Uн,в≥ Uн,с                  (8.1)

2. Соответствие номинального  тока АВ Iн,в расчетному току защищаемой цепи

Iн,в≥Iр                   (8.2)

3. Токовую отсечку АВ отстраивают от пиковых токов электроприемника

                 (8.3)

, где - коэффициент надежности отстройки [табл. 7.3 из 3] соответствует выключателю

                 (8.4)

, где - коэффициент самозапуска

4. Защита от перегрузки

5. Выбор времени срабатывания отсечки

                 (8.5)

, где - наибольшее время срабатывания отсечки предыдущей от источника питания защиты

- ступень селективности

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ

                 (8.6)

,где ПКС – предельная коммутационная способность выключателя (паспортная величина)

- ток 3х-фазного КЗ

7. Проверка на чувствительность отсечки к минимальным токам КЗ

                         (8.7)

, где - коэффициент чувствительности отсечки

  - минимальный ток КЗ в конце линии

Параметры выбранных выключателей представлены в табл. 7.1.

8.2. Условия выбора и проверки плавких предохранителей

1. Соответствие номинального  напряжения предохранителя Uн,пр номинальному напряжению сети Uн,с

Uн,пр≥ Uн,с                         (8.8)

2. Номинальный ток плавкой вставки выбирают по расчетному току защищаемой цепи

Iн,пр≥Iр                   (8.9)

3. Выбранные плавкие вставки проверяют на чувствительность к минимальным токам КЗ

              (8.10)

4.  Проверка на отключающую способность

               (8.11)

    

8.3. Пример расчета автовыключателей и предохранителей

Выбираем автоматический выключатель QF15 ВА 53-37 со следующими параметрами:

Таблица 8

Тип	Uн,в,В	Iн,в, А				ПКС, кА
ВА 53-37	660	160	0,8	3	1,25	47,5

1. Соответствие номинального  напряжения АВ Uн,в номинальному напряжению сети Uн,с

Uн,в≥ Uн,с          

660 ≥380

2. Соответствие номинального  тока АВ Iн,в расчетному току защищаемой цепи

Iн,в≥Iр

160≥125           

Iр из табл. 5 для W2

3. Токовую отсечку АВ отстраивают от пиковых токов электроприемника

А  

А

 А (выразил из табл 8)     

    

4. Защита от перегрузки

А

А (выразил из табл 8)

5. Выбор времени срабатывания отсечки

Выбранный выключатель срабатывает мгновенно.

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ

                 

47,5≥9,7

7. Проверка на чувствительность отсечки к минимальным токам КЗ

       выбран из табл 7.3 [3]  

Выбираем автоматический выключатель QF5 А3794C со следующими параметрами:

Таблица 9

Тип	Uн,в,В	Iн,в,А	,А	, А		,с		ПКС, кА
А3794C	660	630	500	250	7	0,25	1,25	47,5

1. Соответствие номинального  напряжения АВ Uн,в номинальному напряжению сети Uн,с

Uн,в≥ Uн,с          

660 ≥380

2. Соответствие номинального  тока АВ Iн,в расчетному току защищаемой цепи

Iн,в≥Iр

Iр=197,3+271,7=468 А из табл. 5 для РЩ1 и РЩ3

630≥468           

3. Токовую отсечку АВ отстраивают от пиковых токов электроприемника

А  

А

 А (выразил из табл 9)     

    

4. Защита от перегрузки

А

А (выразил из табл 9)

5. Выбор времени срабатывания отсечки

 

0,250+0,1 , где =0,1 для выбранного выключателя стр 140 [3]

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ

                 

50,5≥20,22

7. Проверка на чувствительность отсечки к минимальным токам КЗ

    

выбран из табл 7.3 [3]  

Выбираем автоматический выключатель QF1 Э16 выдвижной со следующими параметрами:

Таблица 10

Тип	Uн,в,В	Iн,в,А	,А			,с		ПКС, кА
Э16	660	1250	1000	1,25	3	0,45	1,25	40

1. Соответствие номинального  напряжения АВ Uн,в номинальному напряжению сети Uн,с

Uн,в≥ Uн,с          

660 ≥380

2. Соответствие номинального  тока АВ Iн,в расчетному току защищаемой цепи

Iн,в≥Iр

Iр=197,3*2+271,7+255,2=920 А из табл. 5 для РЩ1, РЩ2, РЩ3 и РЩ4

1250≥920           

3. Токовую отсечку АВ отстраивают от пиковых токов электроприемника

А  

А

 А (выразил из табл 10)     

    

4. Защита от перегрузки

А

А (выразил из табл 10)

5. Выбор времени срабатывания отсечки

 

0,450,25+0,2 , где =0,2 для выбранного выключателя стр 140 [3]

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ

                 

40≥23,94

7. Проверка на чувствительность отсечки к минимальным токам КЗ

    

выбран из табл 7.3 [3]  

Выбор плавких предохранителей

Для W2 FU25 выбираем  ПН2-250/160 со следующими параметрами

Таблица 11

Тип	Uн,пр,В	Iн,пр, А	,кА
ПН2-250	380	160	250

1. Соответствие номинального  напряжения предохранителя Uн,пр номинальному напряжению сети Uн,с

Uн,пр≥ Uн,с

380≥380

2. Номинальный ток плавкой вставки выбирают по расчетному току защищаемой цепи

Iн,пр≥Iр                   

160≥125

3. Выбранные плавкие вставки проверяют на чувствительность к минимальным токам КЗ

              

4.  Проверка на отключающую способность

9,7100

Список использованных источников.

1. Старкова, Л.Е. Определение расчетных электрических нагрузок: Методические указания и контрольные задания для студентов дневной и заочной формы обучения / Л.Е. Старкова. — Вологда: ВоПИ, 1996 – 36 с.

2. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учеб. Пособие для студ. Учреждений сред. Проф. Образования. – М.: Издательство «Мастерство»; Высшая школа, 2001. 320 с.: ил.

3. Старкова Л.Е., Орлов В.В. Проектирование цехового электроснабжения: Учеб. пособие.- 2-е изд. испр. и доп.- Вологда. ВоГТУ, 2001.-172с.

4. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608с.: ил.

5. Правила устройства электроустановок. – 6-е изд. – СПб.: ДЕАН, 2000. – 928 с.

6. Кноринг, Г.М. Осветительные установки: Справочник по проектированию / Г.М. Кнорогин. — М.: Наука, 1981. – 378 с.

Отчет сформирован автоматически на сайте www.online-electric.ru