Курсовая работа: Проектирование системы электроснабжения цеха машиностроительного завода

Шинопроводы проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

iуд< iуд.доп,

где iуд.доп – допустимая электродинамическая стойкость, кА.

Таблица 22. Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость

Так как ударный ток шинопроводов меньше амплитудного значения электродинамической стойкости табл. 7.3. и 7.4. [2], то условие на электродинамическую стойкость соблюдается.

Выбранные аппараты защиты необходимо проверять во-первых по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети, во-вторых по чувствительности к токам КЗ.

1. Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети осуществляется по условию:

Iном.расц < 1,5 · Iдл.доп,

где Iном.расц – номинальный ток расцепителя, А;

Iдл.доп – длительно допустимый ток элемента сети, А.

Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети для выбранного варианта представлены в таблице 23.

Таблица 23. Проверка автоматических выключателей по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети

В соответствии с приведенными условиями все автоматические выключатели по согласованию тепловых расцепителей соответствуют выбранным сечениям элементов сети.

2. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию:

I(1)кзmin > 1,25 · Iср.эл,

где I(1)кзmin – минимальный ток однофазного КЗ, А;

Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, определяется по паспортным данным в зависимости от пределов регулирования времени срабатывания, Iср.эл= 10 · Iном. расц, А.

Таблица 24. Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Таким образом, выбранные автоматические выключатели чувствительны к расчетным токам короткого замыкания.

1. Проверка по согласованию выбранной вставки с сечением выбранного кабеля осуществляется по условию:

I в < 3 · Iдл.доп,

где I в – номинальный ток плавкой вставкой, А;

Iдл.доп – длительно допустимый ток ка, А.

Соответствие плавких вставок предохранителей по согласованию с сечениями выбранных кабелей, питающих электроприемники, представлены в табл. 25.

Таблица 25. Проверка плавких вставок предохранителей

Следовательно, выбранные предохранители соответствуют условию проверки и выбраны верно.

9. Построение карты селективности

Карта селективности строится в логарифмическом масштабе: по оси абсцисс откладываются токи – расчетные, пиковые и кз; по оси ординат – времена продолжительности пиковых токов и времена срабатывания защит по защитным характеристикам. Схема питания ЭД представлена на рис. 4. Проверим выбранную коммутационную аппаратуру по условию селективности.

Исходная схема для расчета токов КЗ

Рисунок 6

Схема замещения для определения ТКЗ в точках к, к0 и к1.

Рисунок 7

Определяем сопротивление системы:

хС= Uср2/Sкз= 0,382/200=0,72 мОм

Полное сопротивление силового трансформатора:

zTP= uK Uнн2/Sном.тр = 5,5∙0,382∙104/1000=7,94 мОм

Активное сопротивление СТ

Индуктивное сопротивление СТ

Определяем активные и индуктивные сопротивления элементов сети:

r = L · rуд, мОм и x = L · xуд, мОм

Сопротивление автоматического выключателя QF1

Храсц=0,094 мОм; rрасц=0,12 мОм; rконт=0,25 мОм.

Сопротивление QF2= QF3

Храсц=0,55 мОм; rрасц=0,74мОм; rконт=0,65 мОм.

Сопротивление шин КТП: Rшктп=0,1, Xшктп=0,06

Сопротивление ШМА: Хшма=Хо·lшма= 0,017·60 = 1,02 мОм

rшма=r0·lшма= 0,031·60 = 1,86 мОм

rф-о=0,072 мОм/м, rф-о=0,072·60=4,32 мОм

Хф-о=0,098 мОм/м, Хф-о = 0,098·60=5,88 мОм

Сопротивление ШРА1: Хшра=Хо · lшра= 0,13 · 66 =8,58 мОм

rшра= r0 · lшра= 0,1· 66= 6,6 мОм

Сопротивление кабеля к ШРА1: Хкл=0,06·6 = 0,36 мОм

rкл=0,258·6 = 1,548 мОм

rф-о=1,25 мОм/м, rф-о=1,25·6=7,5 мОм

Хф-о=0,0622 мОм/м, Хф-о = 0,0622·6=0,373 мОм

Сопротивление кабеля 1 к ЭП: r0=0,206 мОм/м Х0=0,0596 мОм/м

Хкл=0,0596·5 = 0,3 мОм

rкл=0,206·5 = 1,03 мОм

Определим токи 3х-фазного К3 в указанных точках.

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К

r1Σ = rТР + rQ1 + rшктп+ rконт = 1,734 +0,12 +0,1+0,25=2,204 мОм

х1Σ = хс +хТР + хQ1 +хшктп = 0,72+7,74+0,094+0,06=8,614 мОм

= 8,891 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Ток трехфазного КЗ при учете переходного сопротивления в месте КЗ

r΄1Σ = r1Σ + rперех= 2,204 + 15 =17,204 мОм

 мОм

I(3)к1 =380/1,73·19,37=11,33 кА

Точка К0

Суммарное сопротивление цепи до точки К0

r2Σ = r1Σ + rQ2 + rконт+ rшма +rперех= 2,204+0,74 +0,65 +1,86 +20=25,454 мОм

х2Σ = х1Σ + хQ2 + хшма = 8,614+0,55+1,02 +1,06=11,244 мОм

= 27,83 мОм

Ток трехфазного КЗ

 кА

Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r3Σ = r2Σ + rQ3 + rконт+ rшра +rкл = 25,454+0,74 +0,65 +6,6 +1,548=34,992 мОм

х3Σ = х2Σ + хQ3 + хшра+хкл= 11,244+0,55+8,58 +0,36=20,734 мОм

= 40,67 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r4Σ = r΄3Σ + rклэп + rконт+ rперех = 14,992+1,03 +1,1 +25=42,122 мОм

где r΄3Σ= r3Σ – rперехК3=34,992–20=14,992 мОм

х4Σ = х3Σ + хклэп+ хконт= 20,734+0,3+0,5=21,534 мОм

= 47,31 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Расчет токов 1 – но фазного КЗ

Для расчета однофазного кз при наличии ШМА учитывается сопротивление петли фаза-нуль, тогда

Iк= Uн / (Zп+ Zтр/3),

где Zп –полное сопротивление петли фаза-нуль,

Zтр= Zтр1 +Zтр2 + Zтр0 – сопротивление трансформатора, учитывающее прямую, обратную и нулевую последовательность.

Система: Х1с = 0,72 мОм; Х2с = Х1с

СТ: Х1тр = Х2тр = 7,74 мОм; Х0тр = Х1тр – для данной схемы соединения обмоток СТ

Для остальных элементов Х1 = Х2 = Х0; r1 = r2 = r0

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К1

r1Σ = 3rТР +3 rQ1 +3 rшктп= 3·2,204 =6,612 мОм

х1Σ =2 хс +3хТР + 3хQ1+3 хшктп = 2 ·0,72+3·8,614 =27,282 мОм

= 28,072 мОм

Ток однофазного КЗ при металлическом КЗ

 кА

Ток при учете переходного сопротивления дуги в месте КЗ

r΄1Σ = 3r1Σ= 3 (2,204 +15)=51,612

 кА

Точка К0

Суммарное полное сопротивление петли фаза-нуль т. к. есть ШМА

r2п = r Q1 + rшктп+ rQ2 + rшмаф-0+ rперех = 0,12+0,1+0,74+4,32+20 =25,28 мОм

х2п = х Q1 + хшктп+ хQ2 + хшмаф-0= 0,094+0,06+0,55+5,88=6,584 мОм

= 26,123мОм

 кА

Точка К1

r3п = r2п + rшраф-0+rклф-0 = 25,28+66·0,1+ 7,5 =39,38 мОм

х3п = х2п + хшраф-0+хклф-0 = 6,584+66·0,129+0,373 =15,471 мОм

= 42,31 мОм

 кА

Точка К2

r4п = r3п + rконт+rклэпф-0+ rперех = 39,28+1,1+ 1,3+1,25+ 10=52,93 мОм

х4п = х3п + хконт+хклэпф-0 = 15,471+0,5+0,3 =16,271 мОм

Так как в качестве нулевой жилы кабеля используется труба, то сопротивление трубы определим по формуле

 мОм

= 55,374 мОм

 кА

Потери напряжения определяют по выражению:

Таблица 26. Проверка выбранных шинопроводов по потере напряжения

Комплектные шинопроводы проверяют на электродинамическую стойкость по условию:

iуд < iуд доп

где – iуд доп = 70 кА

Ударный ток КЗ для ШМА:

где

 кА < 70 кА

Таблица 27. Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость

Следовательно, выбранные шинопроводы соответствуют условиям проверки.

Для осуществления проверки по согласованию ШМА с защитой, т.е. с QF2 и ШРА с защитой, т.е. с QF3 необходимо выбрать этот автомат. Выбираем автомат типа АВМ-20Н с номинальным током расцепителя 1200 А. Номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузки выбирается по расчетному току защищаемой линии В соответствии с требованиями автоматические выключатели проверяется по условиям:

Iном. расц > Iр.max и Iср.эл. > (1,25–1,35) Iп

где Iном. расц – номинальный ток расцепителя, А;

Iр.max – наибольший расчетный ток нагрузки, А; Iп – пиковый ток, А

Iср.эл – ток срабатывания электромагнитного расцепителя, равный

Iср.эл = 10 · Iном. расц,

Iп = Iр + (Кп-1) Iном.max,

где Iном. max – наибольший из токов группы ЭП, А;

Iр – расчетный ток группы ЭП, А.

Iнрасц ≥ Iр 1200 ≥ 1101 А

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя проверяется по максимальному кратковременному току ШМА.

Iср.эл ≥ Iпик·k где k = 1,25

Iпик рассчитывается при пуске двигателя и нормальной работе остальных потребителей

= 1101+(7–1) 85=1611 А

Для ШРА: = 284,15+(7–1) 85=794,15 А

Проверяем электромагнитный расцепитель по паспортным данным его тока срабатывания

Iср.эл = 10Iн.расц = 12000 А

Iср.эл = 10Iн.расц =4000 А

Проверяем по условию 12000>1821·1,25=2276,3 А – выполняется.

Для ШРА: 4000>794,15·1,25=992,69 А – выполняется.

Таблица 28. Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Проверяем по согласованию теплового расцепителя с сечением ШМА Iн расц ≤ 1,5Iдл.доп

Таблица 29. Проверка автоматических выключателей по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети

Для защиты ответвлений к одиночным двигателям при редких и легких пусках выбираем предохранитель серии ПН-2

 А,

Выбираем вставку с IВ=250 А, IНОМ = 400 А.

Проверяем согласование выбранной вставки с сечением кабеля 3х16 IВ≤3·IДЛ.ДОП 250≤3·90=270 А – условие соблюдается

Проверяем предохранитель по чувствительности к КЗ

3465>3·250=600 А – условие соблюдается, следовательно предохранитель выбран верно.

Построим карту селективности по следующим данным:

Iном ЭП=85 А, Iрасч ШМА=1101 А, Iпик ШМА=1611 А, I(1)к = 18,39 кА, I(1)к0 = 6,44 кА

I(1)к1 = 4,366 кА, I(1)к2 =3,465 кА, Iпуск ЭП=595 А

Карта селективности

Рисунок 8: 1 – номинальный ток двигателя; 2 – пусковой ток двигателя; 3 и 4 – расчетный и пиковый токи ШМА; 5, 6, 7,8 – токи КЗ в точках К1, К2 и К4; 9 – характеристика автомата с расцепителем 400 А, 10 – характеристика автомата с расцепителем 1200 А, 11 – характеристика плавкой вставки 250 А предохранителя

При токах КЗ в точках к1 и к0 защита должна работать селективно с необходимым интервалом времени при отказе защиты нижней ступени. При защите предохранителями автомат у трансформатора может иметь независимую выдержку времени не более 0,25 с.

10. Описание работы АВР на напряжение 0,4 кВ

Если предприятие питается от энергосистемы двумя независимыми линиями, то на всех ступенях системы электроснабжения предприятия (на ГПП, в распределительной сети ВН, на цеховых подстанциях, в цеховых сетях) при отключении основного питания предусматривают автоматическое переключение на соседние работающие независимые источники (на другой трансформатор двухтрансформаторной подстанции, на соседние подстанции и т.п.).

Необходимый для такого переключения запас мощности или пропускной способности отдельных элементов системы электроснабжения называют скрытым (неявным) резервом.

Автоматическое включение резерва происходит срабатывания защиты минимального напряжения и отключение этой защитой основного питания. Во избежание одновременного срабатывания устройств АВР различных ступеней системы электроснабжения выдержка времени защиты минимального напряжения низших ступеней отстраивается от времени срабатывания аналогичной защиты высших ступеней, т.е.

tС (i+1)  tС i+ tотс,

где. tС i – время срабатывания защиты минимального напряжения, используемой в качестве пускового органа АВР на i – й ступени системы электроснабжения, tС (i+1) – время срабатывания аналогичной защиты на следующей (по удалению источника питания) ступени системы электроснабжения, tотс – время отстройки принимаемое в пределах от 0,5 др 0,7 с.

Устройства АВР реализуют на электромеханических и электронных реле, а также в сети 0,4 кв на механических устройствах ручных пружинных приводов автоматических выключателей НН.

Основными требованием, предъявляемым у устройствам АВР, является однократность действия, т.е. исключение повторного срабатывания при неуспешном АВР.

Устройства АВР выпускают виде стандартных комплектов, и поэтому разработка схем АВР во время проектирования системы электроснабжения предприятий не требуется

Выбор устройств АВР производится с учетом требований к степени бесперебойности электроснабжения приемников и к допустимой длительности перерыва в электроснабжении, типа выключателя и привода, для включения которых предусмотрено устройство АВР, и ожидаемого экономического эффекта от повышения надежности электроснабжения. АВР применяют только в тех случаях, когда параллельная работа независимых источников питания невозможна или экономически нецелесообразна.

Заключение

В представленном курсовом проекте спроектирована и рассчитана система электроснабжения механического цеха.

В проекте произведены расчеты электрических нагрузок для выбора трансформаторов КТП (на первом этапе), расчеты электрических нагрузок для выбора цеховой сети (на втором этапе).

Выбор числа и мощности трансформаторов КТП осуществлялся в соответствии с расчетами с учетом компенсации реактивной мощности при сравнении затрат на установку одного и двух трансформаторов и расчета мощности компенсирующих устройств. На основании сравнения затрат на ЦТП выбран вариант КТП с двумя трансформаторами ТМ-1000/10.

Оценка выбора оптимального варианта цехового электроснабжения осуществлялась по приведенным затратам на проектируемую сеть после выбора сечений проводников сети, коммутационной аппаратура.

В курсовом проекте производится расчет токов короткого замыкания. По току КЗ проверяются сечения элементов сети и защитная коммутационная аппаратура.

Основными критериями при проектировании являются техническая применимость и экономичность проекта. На основании экономической оценки принимается схема электроснабжения варианта 1. Эта система электроснабжения включает:

В качестве главной магистрали, длиной 60 м, устанавливаемого на высоте 4 м принят шинопровод марки ШМА-1600.

Разводка сетей цеха производится с помощью ШРА длиной по 66 и 30 м, устанавливаемых на высоте 3 м и РШ питаемых от ШМА. ЭП подключаются через кабельные спуски, прокладываются в траншеях на глубине – 0,2 м.

Защита производится автоматическими выключателями (для ШМА, ШРА и РШ) и предохранителями (непосредственно для электроприемников).

Список использованных источников

1. Указания по расчету электрических нагрузок. ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» №358–90 от 1 августа 1990 г.

2. Фёдоров А.А., Старкова Л.Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования». – М.: «Энергоатомиздат», 1987.

3. Неклепаев Б.Н. «Электрическая часть электростанций». – М.: «Энергоатомиздат», 1989.

4. Блок В.М.: «Пособие к курсовому и дипломному проектированию». – М.: «ВШ», 1990.

5. ПУЭ, М.: «Энергоатомиздат», 2000.

6. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования под ред. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е. и др. – М.: «Энергоатомиздат», 1991.

7. А.Е. Трунковский «Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий» – М: Высшая школа, 1977.

8. Барыбин Ю.Г. «Справочник по проектированию электроснабжения», М.: «Энергоатомиздат», 1990.

9. Справочник электромонтера. Под ред. А.Д. Смирнова. Смирнов Л.П. Монтаж кабельных линий. – М.: Энергия, 1968.