2020-06-29
2893
ВВЕДЕНИЕ
Создание энергосистем и объединение их между собой на огромных территориях стало основным направлением развития электроэнергетики мира в 20 веке. Это обусловлено отличительной особенностью отрасли, в которой производство и потребление продукции происходят практически одновременно. Невозможно накопление больших количеств электроэнергии, а устойчивая работа электростанции и сетей обеспечивается в очень узком диапазоне основных параметров режима. В этих условиях надежное электроснабжение от отдельных электростанций требует резервирование каждой станции, как по мощности, так и по распределительной сети.
Известно, что объединенная работа энергосистем позволяет уменьшить необходимую установленную мощность в основном за счет разновременности наступления максимумов электрической нагрузки объединения, включая и поясной сдвиг во времени, сокращения необходимых резервов мощности вследствие малой вероятности одновременной крупной аварии во всех объединяемых системах.
|
|
|
Кроме того, удешевляется строительство электростанций за счет укрупнения их агрегатов и увеличения дешевой мощности на ГЭС, используемой только в переменной части суточного графика электрической нагрузки. В объединении может быть обеспечено рациональное использование энерго мощностей и энергоресурсов за счет оптимизации режимов загрузки различных типов электростанций.
Но главным преимуществом энергообъединения является возможность широкого маневрирования мощностью и электроэнергией на огромных территориях в зависимости от реально складывающихся условий. Дополнительное электро-сетевое строительство, связанное с созданием энергообъединений, не требует больших затрат, так как при их формировании используются в основном линии электропередачи, необходимые для выдачи мощности электростанций, а затраты на них с лихвой окупаются удешевлением строительства крупной электростанции по сравнению с несколькими станциями меньшей мощности. И, следовательно, только объединенная работа энергосистем позволяет обеспечить более экономичное, надежное и качественное электроснабжение потребителей.
Однако параллельная работа энергосистем на одной частоте требует создания соответствующих систем управления их функционированием, включая и противоаварийное управление, а также координации развития энергосистем. Это обусловлено тем, что системные аварии в большом объединении охватывают огромные территории и при современной «глубине» электрификации жизни общества приводят к тяжелейшим последствиям и огромным ущербам.
|
|
|
Целью настоящего курсового проекта является проектирование системы электроснабжения и электрооборудования комплекса томатного сока.
Краткая характеристика производства и потребителей электроэнерги
Комплекс томатного сока (КТС) предназначен для производства томатного сока из исходного сырья (томатов).
Технологический процесс осуществляется последовательно на двух автоматизированных технологических линиях и заканчивается закрытием банок с фасованной продукцией.
Данный комплекс является составной частью современного крупного предприятия по обработке плодов и овощей.
КТС имеет технологический участок, в котором установлены поточные линии, а также вспомогательные и бытовые помещения.
Основные операции автоматизированы, а вспомогательные транспортные операции выполняются с помощью наземных электротележек и подъемников.
Электроснабжение (ЭСН) осуществляется от собственной комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 1 0/0,4 кВ, которая подключена к приемному пункту предприятия.
Все электроприемники по бесперебойности ЭСН- 2 категории.
Количество рабочих смен 3 (круглосуточно).
Грунт в районе здания - глина с температурой + 12 °С. Каркас здания сооружен из блоков секций длиной 4,6,8м каждый.
Размеры цеха Ах В х Н = 52 х 30 х 9 м.
Все помещения, кроме технологического участка, двухэтажные высотой 4,2 м.
Мощность электропотребления указана для одного электроприемника.
Расчет силовой нагрузки цеха
Расчёт электрических силовых нагрузок цеха ведём по методу упорядоченных диаграмм для чего все электроприемники делятся на две группы по коэффициенту использования.
l группа с КИ - 0,6.
ll группа с КИ -0,6
– Расчет электрических нагрузок 1 группы ЭП с КИ ≤ 0,6.
Из таблицы 1 выбираем все ЭП с КИ = 0,13. Общее количество приемников с КИ = 0,13 n1=61
1. Активная мощность за наиболее загруженную смену
РСМ1 = КИ1 · ΣР1 = 64,7 кВт
где КИ1 = 0,13 – коэффициент использования
Р1 = 497,6 кВт – суммарная установленная мощность ЭП с КИ = 0,13
2. Реактивная мощность за наиболее загруженную смену
QСМ1 = РСМ1 · tg a1 = 75,7 кВАр
где РСМ1 = 64,7 кВт – активная мощность за наиболее загруженную смену;
tg a1 = 1,17
Из таблицы выбираем все ЭП с КИ = 0,25. Общее количество приемников с КИ=0,25 n2=4
1. Активная мощность за наиболее загруженную смену
РСМ2 = КИ2 · ΣР2 = 27,2 кВт
где КИ2 = 0,25 – коэффициент использования (см. табл. 1[МП]);
Р2 = 108,8 кВт – суммарная установленная мощность ЭП с КИ = 0,25
2. Реактивная мощность за наиболее загруженную смену
QСМ2 = РСМ2 · tg a2 = 70,7 кВАр
где РСМ2 = 27,2 кВт – активная мощность за наиболее загруженную смену;
tg a2 = 2,6
Из таблицы 1 выбираем все ЭП с КИ = 0,45. Общее количество приемников с КИ=0,45 n3=4
1. Активная мощность за наиболее загруженную смену
РСМ3 = КИ3 · Р3 = 17,6 кВт
где КИ3 = 0,45 – коэффициент использования
Р3 = 39,2 кВт – суммарная установленная мощность ЭП с КИ = 0,45
2. Реактивная мощность за наиболее загруженную смену
QСМ3 = РСМ3 · tg a3 = 30,5 кВАр
где РСМ3 = 17,6 кВт – активная мощность за наиболее загруженную смену;
tg a3 = 1,73
Из табл. выбираем все ЭП с КИ = 0,35. Общее количество приемников с КИ=0,35 n4=1
1. Активная мощность за наиболее загруженную смену
РСМ4 = КИ4 · Р4 = 1,05 кВт
где КИ4 = 0,35 – коэффициент использования (см. табл. 1)
Р4 = 3 кВт – суммарная установленная мощность ЭП с КИ = 0,35
2. Реактивная мощность за наиболее загруженную смену
QСМ4 = РСМ4 · tg a4 = 1,8 кВАр
где РСМ4 = 1,1 кВт – активная мощность за наиболее загруженную смену;
tg a4 = 1,73
КИ = 0,1. Общее количество приемников с КИ = 0,1 равно n4 = 4.
Расчет и выбор компенсирующего устройства
Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать: а)
расчетную реактивную мощность КУ;
б). тип компенсирующего устройства;
В) напряжение КУ.
|
|
|
Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения:
Qк.р = αРм (tga– tgaк),
где α – коэффициент, учитывающий повышение cos естественным
способом, принимается α = 0,9;
tg, tga к – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.
Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят
до получения значения cosaк = 0,92... 0,95. Задавшись cos aк из этого
промежутка, определяют tgaк. Значения Рм,, tga выбираются по
результату
расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок». Задавшись типом
КУ,
зная Qк.р. и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую
установку, близкую по мощности.
Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ) или
конденсаторы, предназначенные для этой цели. tgφф = tgφ – Qк.ст. /α Рм,
где Q К.СТ. – стандартное значение мощности выбранного
компенсирующего устройства КУ.
По tg определяют cos. По tg aф определяется фактический коэффициент
мощности cosaф: cosφф = cosa (arctgaф).
Требуется:
– рассчитать и выбрать компенсирующее устройство КУ; – выбрать
трансформатор с учетом КУ;
Решение:
Определяется расчетная мощность КУ. Qк.р = α Рм(tgα – tgφк) =
0,9х393,6х(0,63 – 0,33) = 106,3 квар.
Принимается cosaк = 0,95, тогда tgaк = 0,33.
По табл.
выбираются две конденсаторные установки 2 × УК 2-0,38-50 со
ступенчатым регулированием по 25 квар, по одной на секцию.
Определяются фактические значения tgφ и cosφ после компенсации
реактивной мощности.
Tg=0,63-(2х50)/(0,9х393,6)=0,35 cos =0.94
Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь.
Sp= 0,7S = 0,7х 429,2 = 300,5 кВА
ΔР = 0,02 S = 0,02х408,7 = 8,2 кВт
ΔQ = 0,1 S = 0,1х408,7 = 40,9 квар
S= (8,2+ 40,9)2= 41,7кВ А.
Выбирается силовой трансформатор типа ТМ 400–10/0,4 кВ, мощностью
400 кВА с техническими параметрами:
R = 5,6 мОм
Х = 14,9 мОм
Z = 15,9 мОм
Pxx = 0,95 кВт
P = 5,5 кВт
u = 4,5 %
Z1= 195 мОм
i = 2,1 %.
Определяется коэффициент загрузки трансформатора:
K=S/2S=408.7/2х400=0,51
Ответ: выбрано 2хУК2-0,38-50; трансформаторы 2хТМ400-10/0,4
Для КТП-2х400-10/0,4.
4 Расчет и выбор элементов электроснабжения
Аппаратура защиты должна выбирается исходя из устойчивой работы в
|
|
|
нормальном и аварийном режимах системы.
Аппаратура зашиты и управления выбирается для ответвлений на
основании номинальных участков сетей - исходя из расчетных нагрузок
на защищаемый участок цепи. Исполнение аппарата выбирается с учетом
условий размещения аппаратов на объекте, также должна быть
обеспечена
селективность работы зашиты, то есть соблюдение условий, при которых
в
первую очередь срабатывает аппарат, ближайший со стороны питания к
участку цепи с нарушенным токовым режимом. Для зашиты сетей
используется предохранители, а также автоматические выключатели.
В данном случае будут выбраны силовые сборки с автоматическим
выключателем.
Для выбора аппарата защиты нужно знать ток в линии, где он установлен
, тип его и число фаз.
• Токи (в амперах) в линии определяются по формуле I=S/3v -сразу после
трансформатора,
где S- номинальная мощность трансформатора,кВ А
Vн т- номинальное напряжение трансформатора, кВ.
Принимается Vн т = 0,4 кВ.
lpy =S/3V ру линия к РУ (РП или шинопровод),
3Vн РУ где Sм РУ- максимальная расчетная мощность РУ, кВ А;
Vн РУ- номинальное напряжение РУ, кВ.
Принимается Vн РУ = 0,38 кВ.
I=линия к ЭД переменного тока,
P/3Vu cos где Рд- мощность ЭД переменного тока, кВт;
Vн д- номинальное напряжение ЭД, кВ;
U=КПД ЭД, отн. ед.
Примечание.
Если ЭД повторно-кратковременного режима, то P = P/ v'ПВ. линия к
сварочному трансформатору
3Vн где Sсв- полная мощность сварочного 3-фазного трансформатора, кВ·
А
ПВ- продолжительность включения
В сетях напряжения менее 1 кВ в качестве аппаратов защиты могут
применяться автоматические выключатели (автоматы), предохранители
и
тепловые реле.
Автоматы выбираются согласно условиям, где I н.а - номинальный ток
автомата, А;
Iн р- номинальный ток расцепителя, А;
I дл- длительный ток в линии, А;
Iм -максимальный ток в линии, А;
Vнa- номинальное напряжение автомата, В;
Vc- напряжение сети,
Предохранители выбираются согласно условиям, где
Iвс - ток плавкой вставки, А;
lн n - номинальный ток предохранителя,.
Тепловые реле выбираются согласно условию Iтр = 1, 25Iн д,
где Iтр - ток теплового реле, номинальный, А.
Наиболее современными являются автоматы серии БА и АЕ,
предохранители серии ПР и ПН, тепловые реле серии РТ Л. Проводники
для линий ЭСН выбираются с учетом соответствия аппарату защиты со
гласно условиям.
Принимают:
К зщ = 1,25 -для взрывоопасных и пожароопасных помещений
К зщ = 1 для нормальных (неопасных) помещений
К зщ = 0,33 для предохранителей без тепловых реле в линии.
По типу проводника, числу фаз и условию выбора формируется
окончательно марка аппарата защиты.
Пример:
Линия с автоматом типа ВА и РУ типа ШМА4
Дано:
По [5, с. 100] РУ типа ШМА4-1250-44-УЗ
Iн = 1250 А
Vн = 660 В
I y.дoп= 90... 70 кА
Vо = 0,0893 В/м
R o = 0,0338 Ом/км
Ь х а = 8 х 140 мм; хо = 0,0163 Ом/км
Z o = 0,0419 Ом/км
Z on = 0,0862 Ом/км
Требуется:
• составить схему линии ЭСН;
• выбрать АЗ типа ВА;
• выбрать проводник типа АПВГ.
Решение:
Составляется схема линии ЭСН, обозначаются элементы, указываются
основные данные
• Определяется длительный ток в линии
I=Iн = 1250 А (по заданию).
• Определяются данные и выбирается АЗ типа ВА
I н.р = 1250А
По [5, с. 42] выбирается ВА 53-43- 3:
V н.a = 380 В
Iн.а = 1600 А
I н р = 1280 A
I y = 1,25I
I y= 2I
I отк= 31 кА
I н р регулируется ступенями: 0,63Iн а- 0,8Iн.а- 1,0Iн.а;
Iн.р = 0,8I = 0,8 · 1600 = 1280 А.
Определяются данные и выбирается проводник типа АПВГ в
соответствии с АЗ:
К зщ Iу(п) = 1,25 · 1280 = 1600A.
При прокладке в помещениях с нормальными условиями в воздухе К зщ =
1.
Выбирается АПВГ -6 х (3 х 185), I дoп = 6 х 270 А.
Ответ:
АЗ типа ВА 53-43- 3, н р = 1280 А; I y(n) = 1,25111 р; I у(кз) = 21н.р·
Проводник типа АПВГ -6 х (3 х 185), Iдoп = 6 х 270A
4.1 Выбор элементов электроснабжения комплекca
Разработка системы электроснабжения
Цеховые сети распределения электроэнергии должны:
- обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников
электроэнергии в зависимости от их категории;
- быть удобные и безопасные в эксплуатации;
- иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных
затрат);
- иметь конструктивное исполнение, обеспечивающие применение индустриальных
и скоростных методов монтажа.
Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные. Линию цеховой
электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего
напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее
мощных приемников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют
главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали
рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое
количество присоединений. Рекомендуется применять магистральные схемы с
числом
отходящих от ТП магистралей, не превышающим числа силовых трансформаторов.
Распределительные магистрали предназначены для питания приемников малой и
средней мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали. Такие
схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов
серии
ШРА на токи до 630А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ
низшего напряжения цеховой подстанции.
Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения,
обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое
оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение
рекомендуется во всех случаях, если тому не препятствуют территориальные
расположения нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.
Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий
цеховой
электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных
для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в
различных местах цеха.
Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах
осуществляют самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в
центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется
использовать как наиболее дешевые силовые пункты с предохранителями (типов
СП,
СПУ, ШРСУЗ). Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность
электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и
монтаж, чем магистральные схемы.
4.2 Расчёт и выбор аппаратов защиты и распределительных устройств
Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами
защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и коротких замыканиях в
защищаемой линии. Для выполнения защитных функций автоматические
выключатели снабжаются чувствительными элементами - расцепителями:
тепловыми
электромагнитными и полупроводниковыми.
Тепловые расцепители осуществляют защиту от токов перегрузки,
электромагнитные
– от токов короткого замыкания, полупроводниковые - как от токов перегрузки
от токов КЗ. Осветительные и силовые сети должны быть защищены не только
от
токов короткого замыкания, но и от токов перегрузки.
В данном проекте используем наиболее современные автоматические
выключатели
серии ВА. Автоматы этой серии отличаются от других уменьшенными габаритами
более совершенными конструктивными узлами и элементами. Автоматы этой серии
предназначены для отключений при коротких замыканиях и перегрузках в
электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжения, а
также
для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. В
таблице
3 приведены расчетные данные электрооборудования.
Для защиты осветительных сетей на каждую группу устанавливаем автоматические
выключатели ВА 47-29 с комбинированным расцепителем.
Выключатели ВА 47-29 рекомендуются к применению в вводно-
распределительных
устройствах для жилых и общественных зданий для защиты распределительных и
групповых сетей, имеющих различную нагрузку:
- электроприборы, освещение – выключатели с характеристикой В;
-двигатели с небольшими пусковыми токами - выключатели с характеристикой С
При выборе автоматических выключателей, нужно учитывать, чтобы номинальный
ток расцепителя автомата был не меньше рабочего тока участка сети, который он
защищает.
Защита выбирается таким образом, чтобы не происходило ложных отключений сети
при включении установки
Для выбора аппарата защиты нужно знать ток в линии, где он установлен, тип его и
число фаз.
Токи (в амперах) в линии определяются по формуле:Iт=S т/3V сразу после
трансформатора где
S- номинальная мощность трансформатора, кВ·А;
Vн т- номинальное напряжение трансформатора, кВ.
Принимается Vн т = 0,4 кВ.
Ipy =S м ру/3V н ру линия к РУ (РП или шинопровод),
где Sм ру- максимальная расчетная мощность, кВ А;
Vн ру- номинальное напряжение, кВ.
Принимается Vн РУ = 0,38 кВ.
Iд =Рд/3V ncоs -линия к ЭД переменного тока,
где Рд- мощность ЭД переменного тока, кВт;
Vн д- номинальное напряжение ЭД, кВ;
N=КПД ЭД, отн. ед.
Примечание.
Если ЭД повторно-кратковременного режима, то P д =Pд.п v”ПВ. I cв=Sсв”vПВ/3V
-
линия к свар очному трансформатору,
3VH где Sсв- полная мощность сварочного 3-фазного трансформатора, кВ· А;
ПВ- продолжительность включения, отн. ед.
В сетях напряжения менее 1 кВ в качестве аппаратов защиты могут применяться
автоматические выключатели (автоматы), предохранители и тепловые реле.
Распределительные устройства - комплекс аппаратных средств для приема,
контроля
и распределения электроэнергии. ВРУ предназначен для получения электричества
от
трансформаторной подстанции и передачи ее на электроцепи внутренней сети
здания.
ВРУ так, же как и компенсация реактивной мощности на предприятии занимает
достойное место при проведении работ.
Пункты распределительные серий ПР11, ПР22, ПР24, ПР8500, ПР8700 (пункты
распределительные) предназначены для распределения электрической энергии и
защиты электрических установок при перегрузках и токах короткого замыкания,
для
нечастых (до 6 - для серий ПР8500, ПР8700, до 3 - для серий ПР11, ПР22, ПР24)
оперативных включений и отключений электрических цепей и пусков асинхронных
двигателей.
Пункты распределительные серий ПР11, ПР8501, ПР8503 предназначены для
эксплуатации в цепях с номинальным напряжением до 660 В, частотой 50 или 60 Гц.
Пункты распределительные серий ПР8701, ПР8703 предназначены для
эксплуатации
в
цепях с номинальным напряжением до 440 В постоянного тока.
4.3 Расчет и выбор линий электроснабжения
Электрические провода и кабели должны:
· обеспечить безопасность в пожарном отношении и в отношении жизни людей;
· быть надежными в отношении бесперебойного снабжения электро-энергией;
· обеспечить высокое качество энергии, определяемое малым отношением
подводимого к приемникам напряжения от номинального напряжения приемника;
· быть дешевым;
Выполнение первого условия обеспечивается правильным выбором сечения
проводов
по условию допустимого нагревания их, правильным выбором плавких
предохранителей и автоматов, а также выбором изоляции проводов, определяемой
его
маркой.
Второе условие выполняется достаточной механической прочностью проводов
(кабелей) и правильным выбором плавкого предохранителя или автомата.
Выполнение третьего условия обеспечивается выбором сечения проводов (кабелей)
по условию допустимой потери напряжения.
Расчет проводов (кабелей) имеет цель правильного выбора проводов.
Для определения сечения проводов (кабелей) необходимо знать длины участков
проводов (кабелей) и нагрузку на этих участках.
Нагрузка определяется мощностью или при неизменном номинальном напряжении
соответствующим током.
При расчете проводов (кабелей) пользуются понятиями:
1) Номинальная мощность P н. – указанная на приемнике;
2) Установленная мощность P у. – сумма номинальных мощностей
3) Расчетная мощность P р. – мощность, по которой производится расчет.
Перечисленным мощностям соответствуют токи: I н, I у, I р, которым присваиваются
теже дополнительные названия.
При расчете исходят не из установленной мощности, а из той части ее - P р. , которая
может одновременно использоваться потребителем.
Отношение расчетной мощности к установленной принято называть
коэффициентом спроса.
Определение сечения проводов (кабелей) по допустимому нагреву их производят
обычно по справочнику, в котором, для стандартных сечений различных марок
проводов даются предельные длительные допустимые токи (I д. ).
Допустимый ток провода должен быть не меньше расчетного, т.е.
I д. = I р.
Таким образом, выбирается провод того сечения, допустимый ток которого равен
расчетному или несколько больше его.
Выбранное сечение провода необходимо проверить по току плавкой вставки
предохранителя (тока уставки автоматического выключателя) и по допустимой
потере
напряжения.
Выбор плавких вставок предохранителей
Плавкие вставки предохранителей предназначены для защиты проводов (кабелей) от
токов короткого замыкания и больших нагрузок.
При прохождении токов выше расчетного плавкая вставка должна перегореть.
При выборе плавкой вставки исходят из трех условий:
Номинальный ток плавкой вставки Iвст. должен быть равен или больше расчетного
тока защищаемого участка, т.е.
I вст. ≥ I р.
Номинальный ток плавкой вставки Iвст. должен быть равен или больше величины
пускового тока, уменьшенного в 2,5 раза для защищаемого участка линии, и
которой присоединен один короткозамкнутый электродвигатель, т.е.
I вст. ≥ I пуск. /2,5
Номинальный ток плавкой вставки для линии, к которой присоединено несколько
короткозамкнутых электродвигателей, производится по формуле:
I вст. ≥ I макс. /2,5= I пуск. + I р ' /2,5
где: I пуск. – пусковой ток двигателя, который имеет больший пусковой ток;
I р ' – расчетный ток линии без учета того двигателя, который имеет больший
пусковой
ток.
Выбирают плавкую вставку с большим током I вст. , найденным из условий 1 и 2.
Плавкая вставка, найденная по пусковому току защищает линию от недопустимо
больших кратковременных пусковых токов; для того чтобы плавкая вставка
защищала
линию и от длительных перегрузок, должно быть выполнено условие:
3 I д. = I вст ..
3) При выборе плавких вставок предохранителей, последовательно установленных
в сети, каждую следующую вставку, считая от приемника, следует выбирать на
одну ступень выше по шкале стандартных токов плавких вставок. В этом случае
обеспечивается селективная (избирательная) работа предохранителей, т.е.
предохранитель будет отключать только тот участок, на котором произойдет
короткое замыкание. Предохранитель должен устанавливаться в начале участка, так
как только в этом случае он может защищать свой участок
