Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству
МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
КОЛЛЕДЖ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Электроснабжение предприятий и установок»
на тему:
«Расчет схемы электроснабжения
плавильного цеха обогатительной фабрики
Выполнил: студент 2 курса группы Э-201
специальности 1004Б Боряев А.А ____________
/подпись/
Руководитель: преподаватель Басавин А.А. _____________
/подпись/
Мурманск
2003
1. СОДЕРЖАНИЕ.
1. Содержание ............................................
2. Введение...............................................
3. Исходные данные на проектирование........................
4. Характеристика потребителей электроэнергии, определение категории электроснабжения и анализ электрических нагрузок................
4.1. Определение установленной мощности ...................
4.2. Определение категории надежности приемников
4.3. Краткие сведения о технологическом процессе обогатительной
фабрики
5. Выбор рода тока и напряжения...............................
6. Расчет электрических нагрузок............................
6.1. Расчет средних нагрузок
6.2. Вычисление расчетных нагрузок
7. Выбор числа и мощности трансформаторов, типа и числа подстанций
7.1. Выбор трансформаторов
7.2. Выбор числа и типа подстанций
8. Компенсация реактивной мощности
9. Расчет и выбор магистральных и распределительных сетей напряжением
до 1000 В, защита их от токов короткого замыания................
9.1. Схемы цеховых электрических сетей и классификация помещения
цехов
9.2. Выбор сечения проводников
9.3. Выбор защиты проводников
9.4. Проверка выбранных проводников
10. Расчет и выбор питающих и распределительных сетей высокого
напряжения............................................
11. Расчет токов короткого замыкания..........................
11.1. Виды КЗ, причины возникновения и последствия
11.2. Расчет токов КЗ
11.3. Расчет ударных токов КЗ
12. Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов короткого
замыкания.............................................
13. Выбор и расчет релейной защиты...........................
13.1. Выбор уставок защиты трансформатора
13.2. Выбор уставок защиты двигателя
1. Расчет заземляющих устройств.............................
2. Литература ...........................................
2. ВВЕДЕНИЕ.
По условиям задания требуется спроектировать электроснабжение плавильного цеха обогатительной фабрики завода цветной металлургии примерно на 5 МВт.
Прежде чем перейти непосредственно к проектированию укажем значение данного предприятия для народного хозяйства нашей страны. Значение металлургической промышленности в народном хозяйстве очень велико, и даже само современное народное хозяйство любой страны трудно представить без металлургической промышленности, поскольку именно ее наличие является базой для создания тяжелой, легкой, машиностроительной, текстильной, нефтехимической, и практически любой другой промышленности страны. Такое значение данная отрасль народного хозяйства имеет потому, что пока, да и в ближайшем будущем, в основе промышленного машиностроения находятся металлы. В настоящее время в производство малонагруженных конструкций все больше внедряются полимеросодержащие материалы (пластмассы), и хотя уже созданы достаточно прочные материалы на их основе, применение их в высокотемпературной технике, каковой является большая часть различного рода двигателей, является пока задачей далекой от решения. Металлические материалы, по-видимому, будут играть ведущую роль при производстве различного рода машин, механизмов и устройств еще долгое время. Массовое применение материалов ближайшего будущего на основе металлокерамики также будет основано на использовании все тех же металлов в качестве связующей основы. Таким образом, металлургическая промышленность будет иметь важное значение не только в настоящий момент, но и в будущем.
В основе исходных данных лежат реальные цифры существующего комбината «Североникель» по производству таких важных металлов как медь, никель, кобальт, а также побочных - сера и серная кислота.
3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
Плавильный цех обогатительной фабрики предприятия цветной металлургии содержит в себе для обеспечения технологического цикла следующее электрооборудование:
Таблица 1 - Мощность и количество потребителей цеха.
Наименование электрооборудования Паспортная мощность, кВтКоличество,
штук
Примечание Конвейер 14 10 Элеватор 11 15 асинхронный Питатель 2,2 10 двигатель Сушильный агрегат 3 20 Элеватор 0,75 10 Таль ПВ=85% 2,5 4 Кран ПВ=25% 45 2 22 2 75 2 Насос 45 10 асинхронный 75 2 двигатель Вибратор 2,2 8 Лебедка 20 2 Вентилятор 45 8 асинхронный 90 6 двигатель Бетоносмеситель 55 5 Дымосос 1000 2 АД на 6 кВ Шнек 7,5 8 асинхронный двигатель Отопительный агрегат 6,6 5 Освещение 100 - -4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК.
4.1. Определение установленных мощностей.
Все приемники электроэнергии по времени работы подразделяются на приемники с кратковременным режимом, повторно-кратковременным режимом и длительным режимом работы.
Установленную мощность для приемников с повторно-кратковременным режимом работы приводят к длительному режиму по
Pу=Рном*, (1)
где Ру - установленная или номинальная мощность; Рном - паспотная мощность; ПВ - паспортная продолжительность включения, о.е.
Для электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы номинальную мощность, приведем к длительному режиму по (1).
Для таля с ПВ=85% Рном=Ру*=2,5*=2,3 кВт.
Для крана с ПВ=25% Рном1=45*=22,5 кВт
Рном2=22*=11 кВт
Рном3=75*=37,5 кВт
Остальные приемники электроэнергии являются приемниками длительного режима работы.
4.2. Определение категории надежности приемников.
В соответствии с п.1.2.17 [1] в отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:
Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждений дорогостоящего основного оборудования.
Электроприемники II категории - электроприемники, перерыв электроснабжении которых приводит к массовому недооотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного трансполрта, нарушенияю нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.
Электроприемники I и II категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников питания.
Категории надежности приемников плавильного цеха определим в соответсвии с [2] и [3].
Таблица 2 - Состав потребителей по категориям.
Наименование электрооборудованияР,
кВт
Количество штук Итоговая Р, кВт Категория надежности В % от итоговой Р по цеху Конвейер 14 10 140 I 3,08 Элеватор 11 15 165 II 3,63 Питатель 2,2 10 22 II 0,48 Сушильный агрегат 3 20 60 II 1,32 Элеватор 0,75 10 7,5 II 0,17 Таль 2,3 4 9,2 II 0,2 Кран 22,5 2 25 I 0,55 11 2 22 I 0,48 37,5 2 75 I 1,65 Насос 45 10 450 I 9,91 75 2 140 I 3,08 Вибратор 2,2 8 17,6 I 0,39 Лебедка 20 2 40 II 0,88 Вентилятор 45 8 360 II 7,94 90 6 540 II 11,89 Бетоносмеситель 55 5 275 II 6,06 Дымосос 1000 2 2000 I 44,04 Шнек 7,5 8 60 II 1,32 Отопительный агрегат 6,6 5 33 II 0,73 Освещение 100 - 100 I 2,2 Итого: 4541,3 - 100Следовательно практически все основное электрооборудование является потребителями I и II категории, в вышеуказанном плавильном цехе - 100%.
4.3. Краткие сведения о технологическом
процессе обогатительной фабрики.
Сырьем для получения цветных металлов являются руды, то есть совокупность минералов, содержащих металл. Большинство руд цветных металлов являются полиметаллическими, то есть содержат разные металлы, что требует комплексного извлечения всех ценных компонентов.
Обогащение руд представляет собой процесс механического выделения содержащегося в руде металла. В результате обогащения получаются три вида продукта: концентрат, в котором содержится металла значительно выше, чем в исходной руде; хвосты или отходы обогащения; промежуточный продукт, требующий дополнительного обогащения. Полученный концентрат обжигают различными методами. Обожженный концентрат подлежит плавке в отражательных или электрических печах, чем и занимается плавильный цех.
Предприятия цветной металлургии отличаются большой энергоемкостью, работают круглосуточно и непрерывно в течении целого года, в связи с тем, что руднотермические печи работают как печи непрерывного действия. Поэтому суточный и годовой графики нагрузки обогатительных фабрик и заводов цветной металллургии отличаются равномерностью.
5. ВЫБОР РОДА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.
В связи с тем, что внутри цеха применяются агрегаты, с различными режимами, обусловленными технологическими особенностями работы, которые применяют различный ток и напряжение возникает необходимость их выбора.
В цеховых сетях применяют напряжения 660, 380, 220 и 127 В. Напряжение 500 В в условиях эксплуатации еще встречается, но для новых установок не рекомендуется.
Напряжение 127 и 220 В рекомендуется в основном для осветительных приборов. Эти напряжения используются и для силовой сети - для приемников незначительной мощности, лаболаторных установок и т.д.
Основными напряжениями для силовой сети являются 660 и 380 В. Напряжение 660 В по технико-экономическим показателям превосходят напряжения 220, 380 и 127 В. Однако для питания осветительных установок в этом случае приходится устанавливать специальные трансформаторы.
Сети постоянного тока в цехах имеют напряжение 440, 220 и 110 В. Напряжение 220 В широко применяется во всех отраслях производства; 110 В применяется редко и обычно для приемников малой мощности; напряжение 440 В применяется для приемников повышенной мощности и в практике эксплуатации встречается редко.
Для плавильного цеха обогатительной фабрики цветной промышленности с мощностями и приемниками, указанными выше применяется переменный ток промышленной частоты с напряжением 380 В. Но для дымососа применяется асинхронные двигатели с мощностью 1000 кВт, расчитанные на 6 кВ, поэтому два этих элемента будут непосредственно работать от шин высокого напряжения цеховой подстанции.
6. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
6.1. Расчет средних нагрузок.
Для определения расчетных нагрузок вычисляют мощность наиболее загруженной смены Рср.мах. Для этого электроприемники делят на m групп по характерным значениям коэффециентов использования Киm и COS jm. Тогда для каждой группы электроприемников
Pcp.max=Kиm*Pном.m; (2)
Qср.махm=Pcp.maxm*tg jm, (3)
где Рном.m - номинальная мощность рабочих электроприемников группы m,
Тогда среднесменная мощность по узлу равна
Рср.мах=; (4)
Qср.мах=, (5)
Кроме этого средняя активная нагрузка освещения определяется по формуле:
Рср.мах.о=Ксо*Руо, (6)
где Ксо - коэффициент спроса; Руо - суммарная установленная мощность осветительной нагрузки.
Для предложенного электрооборудования плавильного цеха по [2] и [3] определены следующие показатели, характеризующие приемники электоэнергии и графики нагрузок, которые сведены в таблицу 3.
Таблица 3 - Показатели, характеризующие приемники электроэнергии и графики нагрузок оборудования плавильного цеха.
Наименование электрооборудованияР,
кВт
Кол-во штук Итоговая Р, кВт Ки cos j Кс Кв 1. Конвейер 14 10 140 0,6 0,7 0,6 - 2. Элеватор 11 15 165 0,6 0,7 0,65 - 3. Питатель 2,2 10 22 0,7 0,72 0,7 - 4. Сушильный агрегат 3 20 60 0,6 0,7 0,65 1 5. Элеватор 0,75 10 7,5 0,6 0,7 0,65 - 6. Таль 2,3 4 9,2 0,16 0,2 0,32 - 7. Кран 22,5 2 25 0,05 0,1 0,1 - 11 2 22 0,05 0,1 0,1 - 37,5 2 75 0,05 0,1 0,1 - 8. Насос 45 10 450 0,8 0,85 0,9 1 75 2 140 0,8 0,85 0,9 1 9. Вибратор 2,2 8 17,6 0,6 0,65 0,6 - 10. Лебедка 20 2 40 0,6 0,65 0,7 - 11. Вентилятор 45 8 360 0,6 0,75 0,65 1 90 6 540 0,6 0,75 0,65 1 12. Бетоносмеситель 55 5 275 0,7 0,8 0,75 1 13. Дымосос 1000 2 2000 0,7 0,85 0,75 - 14. Шнек 7,5 8 60 0,6 0,7 0,65 - 15. Отопительный агрегат 6,6 5 33 0,6 0,75 0,6 - 16. Освещение 100 - 100 0,8 0,98 0,95 - Итого: 4541,3В соответствии с указанными в таблице значениями Ки и соs j разделим электроприемники цеха на 5 групп со следующими характерными значениями Ки: 0,05; 0,16; 0,6; 0,7; 0,8.
Для группы с Ки=0,05:
1. Найдем суммарную номинальную мощность электроприемников в группе, то есть для двигателей в пункте 7 таблицы 3.
Рном0,05=25+22+75=122 кВт
2. Найдем среднюю максимальную мощность за наиболее загруженную смену по (2) и (3):
активную Рср.мах.0,05=0,05*122=6,1 кВт
реактивную Qср.мах0,05=6,1*9,95=60,7 кВар
Аналогичные приведенному примеру последующие расчеты сведены в таблицу 4.
Средняя максимальная мощность освещения определяется по (6):
Рср.мах.о=0,95*100=95 кВт
Таблица 4 - Средние максимальные нагрузки за наиболее загруженную смену.
Группа приемников 0,05 0,16 0,6 0,7 0,8 Освещение Рном.m, кВт 122 9,2 1423,1 2297 590 100 Рср.мах, кВт 6,1 1,47 853,86 1607,9 472 95 Qср.мах, кВар 60,7 7,2 845,32 1205,9 292,64 -Выясним среднесменную мощность по узлу по (4) и (5):
Рср.мах=6,1+1,47+853,86+1607,9+472+95=3036,33 кВт
Qср.мах=60,7+7,2+845,32+1205,9+292,64=2411,76 кВар
Sср.мах= кВА
6.2. Вычисление расчетных нагрузок
Расчет электрических нагрузок предприятий цветной металлургии производят методом упорядоченных диаграмм в соотвествии с [8] и [9].
Вычисление расчетных нагрузок предприятий цветной металлургии производят методом упорядоченных диаграмм [8] и [9].
Здесь Рр=Км*Рср.макс=Км*Ки*Рном, (8)
где Км - коэффициент максимума нагрузки; Ки - коэффициент использования данной группы n электроприемников; Рном - номинальная мощность рассматриваемых электроприемников n.
Значение Км в зависимости от коэффициента использования эффективного числа электроприемников (nэф) можно найти по кривым Км=f(Ки, nэф) или по таблице, приведенной в [2].
Эффективное число электроприемников в группе определяется по формуле
nэф (9)
Кроме вышеперечисленного определяем расчетную реактивную нагрузку по:
Qp=Pp*tg j (10)
Полную расчетную нагрузку группы определяют по формуле:
(11)
Для группы электроприемников с Ки=0,6:
1. Найдем эффективное число электроприемников в группе по (9)
nэф=(4,23
округляем полученное значение до nэф=4.
2. По таблицам определим значение Км, которое равно 1,14
3. По (8) определим расчетную активную нагрузку группы
Рр=1,14*853,86=973,4 кВт
4. По (8) определим расчетную активную нагрузку группы
Qр=973,4*0,9=876,06кВт
5. По (10) определим расчетную активную нагрузку группы
Sр= кВт
Аналогичные приведенному примеру последующие расчеты сведены в таблицу 5.
Для определения расчетной мощности электрического освещения воспользуемся формулой
Рр.о=0,8*Ру.о,
где 0,8 - коэффициент спроса для осветительных установок, принимаемый одинаковым во всех случаях; Ру.о - установленная мощность освещения.
В нашем случае:
Рр.о=0,8*100=80 кВт
Таблица 5 - Расчетные нагрузки характерных групп электроприемников.
Группа приемников 0,05 0,16 0,6 0,7 0,8 Освещ Итого nэф 2 1 4 1 2 - - Км 4 3,7 1,14 1,45 1,2 - - Рср.мах, кВт 6,1 1,47 853,86 1607,9 472 95 3036,33 Qср.мах, кВар 60,7 7,2 845,32 1205,9 292,64 - 2411,76 Рр, кВт 24,4 5,44 973,4 2331,46 566,4 80 3981,1 Qp, кВар 232 25,59 876,06 1693,91 353,93 - 3181,49 Sp, кВА 233 26,16 1309,4 2881,85 667,89 - 5118,37. Выбор числа и мощности трансформаторов,
типа и числа подстанций.
7.1. Выбор трансформаторов.
В зависимости от исходных данных различают два метода выбора номинальной мощности трансформаторов:
1) по заданному суточному графику нагрузки цеха за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов;
2) по расчетной мощности для тех же режимов.
Выбор трансформаторов в первом случае выполняется аналогично выбору трансформаторов ГПП или ПГВ.
Во втором случае выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме.
При этом номинальная мощность трансформаторов определяется по средней нагрузке за максимально загруженную смену
Sном.т³Sср.мах/(N*Kз), (12)
где Sном.т - номинальная мощность трансформатора; Sср.мах - средняя нагрузка за наиболее загруженную смену; N - число трансформаторов; Кз - коэффециент загрузки трансформатора.
Наивыгоднейшая загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования. Рекомендуется [5] принимать коэффециенты загрузки трансформаторов при преоблодании нагрузок II категории и в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении Кз=0,65¸0,7.
В аварийных условиях оставшийся в работе трансформатор должен быть проверен на допустимую перегрузкупо условию:
1,4Sном.т³Sср.мах. (13)
Если условие не выполняется, то вычисляется начальная загрузка трансформатора
Кз1=Sср.мах/2*Sном.т, (14)
где Кз1 - начальная загрузка трансформатора, для трансформаторов с системами охлаждения Д, ДЦ, Ц, М разрешается перегрузка 1,4 номинальной мощности трансформатора не более 5 суток подряд на время максимума нагрузки с общей продолжительностью не более 6 часов в сутки, при этом коэффициент начальной загрузки должен быть меньше 0,93 согласно [1].
Принятые к установке силовые трансформаторы должны быть проверены также на допустимые систематические перегрузки по условию
Sном.т£Sср.мах*1,4. (15)
Несмотря на то, что отключения трансформаторов довольно редки, однако с такой возможностью следует считаться и при наличии потребителей I и II категорий устанавливают два трансформатора. Проектировать подстанции с тремя трансформаторами не рекомендуется, так как такая схема неудобна в эксплуатации и вызывает большие трудности при устройстве АВР.
Для условий нормальной работы на подстанциях устанавливают два трехфазных трансформатора с номинальной мощностью каждого, рассчитанной в пределах от 60 до 70 % максимальной нагрузки. Ряд номинальных мощностей трансформаторов и автотрансформаторов, рекомендуемых для современных проектов, регламентировано ГОСТом 9680-61 [4, 9].
Произведем выбор трансформаторов для плавильного цеха:
1. Номинальная мощность трансформаторов будет по (12):
Sном.т=3873,13/(2*0,7)=2766,52 кВА
2. Из [6] выбираем трансформатор марки ТМ-2500/10 с Sном=2500 кВА, ВН 6-10 кВ, НН 0,4-10,5 кВ.
3. Проверим трансформатор для случая выхода из строя второго по (13):
1,4*2500³3873,13 условие не выполняется, поэтому вычисляем начальную загрузку трансформатора по (14)
Кз1=3873,13/2*2500=0,77<0,93 следовательно трансформатор допустим для такой перегрузки на указанных выше условиях.
4. Проверим выбранный трансформатор на систематические перегрузки по (15):
2500£3873,13*1,4 условие выполняется.
Следовательно, принимает вышеуказанный трансформатор к установке.
7.2. Выбор числа и типа подстанций.
Для питания электрических нагрузок III категории следует применять однотрансформаторные подстанции. При наличии нагрузок II категории следует, как правило, применять однотрансформаторные подстанции 10-6/0,4 кВ при условии резервирования мощности по перемычкам на вторичном напряжении, достаточном для питания наиболее ответственных потребителей или при наличии складского резерва трансформаторов. Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при сосредоточенных нагрузках или преобладании потребителей I категории. При наличии потребителей особой группы I категории необходимо предусмотреть третий источник питания.
В вышеуказанном плавильном цехе получается одна двухтрансформаторная пристроенная подстанция, расчитанная на полное обеспечение запросов этого цеха, как в нормальном, так и в аварийном режиме (при выходе из строя одного из трансформаторов).
8. компенсация реактивной мощности.
При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через этот трансформатор в сеть напряжением до 1 кВ.
Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчтетами по минимуму приведенных затарат в два этапа:
1) выбирают экономически оправданное число цеховых трансформаторов;
2) определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сетях напряжением 6-10 кВ предприятия.
Суммарная расчетная мощность Qнк НБК составит
Qнк=Qнк1+Qнк2, (16)
где Qнк1 и Qнк2 - суммарные мощности НБК, определенные на двух указанных этапах расчтеа.
Минимальное число цеховых трансформаторов Nмин одинаковой мощности Sном.т, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок определяется по формуле
Nmin=Pcp.max/(Kз*Sном.т)+DN, (17)
где Рср.мах - средняя нагрузка за наиболее загруженную смену; Кз - рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора; DN - добавка до ближайшего целого числа.
Экономически оптимальное число трансформаторов Nопт определяется по формуле
Nопт=Nмин+m, (18)
и отличается от Nмин на величину m, где m - дополнительно установленные трансформаторы.
Nопт определяют по (18), принимая значения m в зависимости от Nмин и DN по рис. 4.7. стр.106 [5].
При трех трансформаторах и менее их мощность выбирают по средней активной мощности за наиболее загруженную смену Рср.мах
Sном.т³Рср.м/(Кз*Nопт). (19)
Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы с сеть напряжением до 1 кВ, определяют по формуле
Qмах.т=. (20)
Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1кВ составит
Qнк1=Qср.мах-Qмах.т, (21)
где Qср.мах - суммарная средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену на напряжение до 1кВ.
Если в расчетах окажется, что Qнк1<0, то установка батарей конденсаторов при выборе оптимального числа трансформаторов не требует (составляющая Qнк1 принимается равной нулю) [5].
Дополнительная мощность Qнк2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле
Qнк2=Qср.мах-Qнк1-g*Nопт*Sном.т, (22)
где g - расчетный коэффициент, зависящий от расчетных параметров Кр1 и Кр2 и схемы питания цеховой ТП (определяют по рис.4.9. стр.107 [5]).
Значения Кр1 зависят от удельных приведенных затрат на НБК и ВБК и потерь активной мощности, принимается по таблице 4.6 стр.108 [5], Кр2 определяют из таблицы 4.7. стр.109 [5].
Если в расчетах окажется, что Qнк2<0, то для данной группы трансформаторов реактивная мощность Qнк2 принимается равной нулю.
После вышеуказанных действий по справочным данным выбираются конденсаторные батареи соответствующей мощности по результатам расчетов.
Сделаем вычисления реактивной мощности для установки компенсирующих устройств по плавильному цеху:
1. Определим минимальное число цеховых трансформаторов Nмин
одинаковой мощности Sном.т, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок определяется по формуле (17):
Nmin=3036,33/(2500*0,7)+0,27=2
2. Вычислим экономически оптимальное число трансформаторов по
(18), по рис. 4.7. стр.106 [5] определим дополнительно установленные трансформаторы m, считая, что DN=0,27 и Nмин=2. По графику m=0, следовательно Nопт=2+0=2 и установки дополнительных трансформаторов не требуется.
3. При трех трансформаторах и менее их мощность выбирают по
средней активной мощности за наиболее загруженную смену Рср.м по (19)
Sном.т.³3036,33/(2*0,7)
Sном.т³2168,81 кВА и отсюда выбирает трансформатор с
номинальной мощность 2500 кВА, то есть такой же который был
выбран в п.6.1. данной работы по выбору трансформаторов, что
подверждает верность предыдущих рассуждений.
4. Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно
передать через трансформаторы с сеть напряжением до 1 кВ, определяют по формуле (20)
Qмах.т= кВар
5. Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до
1кВ по (20) составит
Qнк1=2411,76-1740,89=670,87 кВар
6. Дополнительная мощность Qнк2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле (22), при этом из таблицы 4.6. стр.108 [5] для предприятия находящегося на Северо-Западе и работающего в три смены Кр1=11, а из таблицы 4.7. стр.109 [5] при мощности трансформатора 2500 кВА и длины питающей линии до 500 м Кр2=5. По рис. 4.9.а) стр.107 [5] в соответствии с указазнными коэффициентами Кр1 и Кр2 g=0,3, тогда
Qнк2=2411,76-0-0,3*2*2500=911,76 кВар
7. Суммарная реактивная мощность НБК по (15)
Qнк=670,87+911,76=1582,63 кВар.
8. По суммарной реактивной мощности выбираем компенсирующее устройство из [2] УКН 0,38-450 с Qном=450 кВар на номинальное напряжение 0,38 кВ. Таких устройств получается четыре по два на каждую секцию. Избыток мощности предусмотрен для обеспечения допустимых отклонений напряжения в послеаварийных режимах (рекомендуется на 10-15% больше).
9. Расчет и выбор магистральных и распределительных сетей напряжением до 1000 В,
защита их от токов короткого замыкания.
9.1. Схемы цеховых электрических сетей и
классификация помещения цехов.
Цеховые сети распределения электроэнергии должны:
n обеспечить необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от категории;
n должны быть удобными и безопасными в эксплуатации;
n иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат);
n иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.
Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные. Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего анпряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приемников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией. Главные магистрали расчитаны на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоеденений. Широко применяют магистральные схемы типа блока трансформатор-магистраль (БТМ). В такой схеме отсутствует РУ низшего напряжения на цеховой подстанции, а магистраль подключается непосредственно к цеховому трансформатору через вводной автоматический выключатель. При двухтрансформаторной подстанции и схеме БТМ между магистралями для взаимного резервирования устанавливают перемычку с автоматическим выключателем.
Распредлеительные 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 630 А. Питание их осуществляется от главной магистрали или РУ низшего напряжения цеховой подстанции.
Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладая универсальностью и гибкостью и широко применяются в цехах машиностроительных и металлургических заводов, обогатительных фабрик и т.д.
Для распределительных сетей применяется преимущественно радиальная схема питания отдельных электроприемников от цеховых распределительных пунктов и шинных магистралей.
Радиальные схемы электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп электроприемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы применяют в тех случаях, когда нельзя прменить магистральные схемы.
Цеховые электрические сети выполняются изолированными проводами, кабелями и шинами. В отдельных случаях применяются голые провода.
Род и способ прокладки сети должны соотвествовать:
а) состоянию окружающей среды;
б) месту прокладки сети;
в) принятой схеме сети.
В соответствии с [1] установлены следующие классы помещений:
1. Сухие помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха (ОВВ) не превышает 60%.
2. Влажные помещения - помещения, в которых пары или конденсирующая влага выделяется лишь временно и притом в небольших количествах и ОВВ=75%.
3. Сырые помещения - помещения в которых ОВВ длительно превышает 75%.
4. Особо сырые помещения - помещения, в которых ОВВ близка к 100%.
5. Жаркие помещения - помещения, в которых температура длительно превышает +30°С.
6. Пыльные помещения - помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машинов и аппаратов и т.д.
7. Помещения с химически активной средой - помещения, в которых по условиям производства постоянно или длительно содержится пары или образуются отложения, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования.
8. Взрывоопасные помещения и наружные установки - помещения и наружные установки, в которых по условиям технологического процесса могут образовываться взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом или другими газами-окислителями, а также горючих пылей и волокон с воздухом.
9. Пожароопасные помещения и наружные установки - помещения и наружные установки, в которых применяются или хранятся горючие вещества.
Условия плавильного цеха обогатительной фабрики следующие: сухое и жаркое помещение из-за плавильных печей, поскольку плавке подвергается концентрат руды, то цех является пыльным помещением с проводящей пылью. В соответствии с таблицей 15-1 стр.804 [3, том 1] для токопроведения используем проводники марки АПРТО-500, которые рекомендуется прокладывать в стальных трубах.
9.2. Выбор сечений проводников.
Сечения проводников цеховых сетей выбирается:
1) по условиям нагрева током нагрузки;
2) по условиям защиты от токов КЗ и перегрузки;
3) по условиям механической прочности.
Выбранные сечения проводов проверяются:
1) по допустимой потере напряжения в сети рабочем режиме, в период прохождения по сети пусковых токов и в аварином режиме;
2) по экономической плотности тока;
3) на динамическую и термическую устойчивость при токах КЗ.
1. Выбор сечений проводников по условиям нагрева производится следующим образом:
1) Определяют расчетный ток нагрузки.
а) За расчетный ток нагрузки принимается получасовая
максимальная токовая нагрузка данного элемента сети за
максимально загруженную смену и вычисляется по формуле для
электроприемников, имеющих в установке одиночный двигатель
[11]
Iр=Р/(*U*cosj*h) (23)
где Р - установленная мощность, Iр - рабочий ток, cos j -
коэффициент мощности данного приемника, h - КПД данного
электроприемника.
б) Для электроприемников многодвигательного привода [11]
Iр=åР/(*U*cosj*h) (24)
где åР - установленные мощности всех двигателей, Iр - рабочий
ток, cos j - коэффициент мощности данного приемника, h - КПД
данного электроприемника.
2) Исходя из условий нагрева, по таблицам выбирают минимально допустимое сечение линии так, чтобы было соблюдено условие
Iр£Iпр, (25)
где Iпр - допустимый длительный ток нагрузки на провода,
кабели или шины данного сечения.
Для дальнейшего применения при выборе проводников и защиты, а также проверки приведем характеристики двигателей электроприемников [6] в таблице 6.
Таблица 6 - Характеристики двигателей электроприемников цеха.
Наименование электрооборудованияР,
кВт
Тип двигателяIпуск=
Iпик, А
aI раб*,
А
h Конвейер 14 4А154L2У3 233,33 2,5 31,11 0,88 Элеватор 11 4А132М2У3 207,3 2,5 27,64 0,88 Питатель 2,2 4А101М2У3 39,9 2,5 5,32 0,89 Сушильный агрегат 3 4А104М2У3 57,23 2,5 7,63 0,87 Элеватор 0,75 4А095М2У3 13,95 2,5 1,86 0,89 Таль 2,3 4А102М2У3 145,13 2 19,35 0,92 Кран 22,5 4А181S2У3 1435,29 1,6 191,37 0,91 11 4А132М2У3 701,69 1,6 93,56 0,91 37,5 4А201М2У3 2392,15 1,6 318,95 0,91 Насос 45 4А200L2У3 675,45 1,9 90,06 0,91 75 4А250S2У3 1125,75 1,7 150,1 0,91 Вибратор 2,2 4А101М2У3 47,33 2,5 6,31 0,83 Лебедка 20 4А181S2У3 410,63 2,5 54,75 0,87 Вентилятор 45 4А200L2У3 765,75 2 102,1 0,91 90 4А250М2У3 1514,25 2,5 201,9 0,92 Бетоносмеситель 55 4А225М2У3 876,75 1,9 116,9 0,91 Дымосос 6 кВ 1000 АЗ13-59-4У4 752,68 2,5 121,4 0,95 Шнек 7,5 4А112М2У3 141,38 2,5 18,85 0,88 Отопительный агрегат 6,6 4А106М2У3 121,65 2,5 16,22 0,84 Освещение 100 - 161,2 - 161,2 -*определен по (23)
Произведем выбор проводников по условиям нагрева для каждого
приемника:
1). Определение расчетного тока нагрузки по (23):
Для конвейера Р=14 кВт, cos j берем из таблицы 3 настоящей работы
Iр=14/(1,7*0,38*0,7*0,88)=35,18 А
2) Выбираем кабель от магистрали до двигателя
конвейера по таблице 15-14 стр.814 [3] - ПХВБ с медными жилами, проложенными в трубе сечением 4 мм
Аналогично приведенному примеру последующие расчеты и результаы выбора сведены в таблицу 7.
Таблица 7 - Расчетный ток и выбранные провода для приемников плавильного цеха
Наименование приемникаРуст,
кВт
Кол-во приемников Iр, АИтог
Iр, А
Марка провода Кол-во жилСечение провода,
мм
Конвейер 14 10 31,11 311,1 ПХВБ 4 4 Элеватор 11 15 27,64 414,6 4 Питатель 2,2 10 5,32 53,2 4 Сушильный агрегат 3 20 7,63 152,6 4 Элеватор 0,75 10 1,86 18,6 4 Таль 2,3 4 19,35 77,4 4 Кран 22,5 2 11 2 152,9 305,8 150 37,5 2 Насос 45 10 90,06 900,6 50 75 2 150,1 300,2 95 Вибратор 2,2 8 6,31 50,48 4 Лебедка 20 2 54,75 109,5 16 Вентилятор 45 8 102,1 816,8 50 90 6 201,9 1211 95 Бетоносмесители 55 5 116,9 584,5 120 Дымосос 1000 2 - - - - - Шнек 7,5 8 18,85 150,8 ПХВБ 4 4 Отопительный агрегат 6,6 5 16,22 81,1 4 Освещение 100 - 161,2 161,2 70 Итого - - - 4608,98 - - -Для питания ответвлений электроприемников проложим магистральные шинопроводы от каждой секции шин трансформаторной подстанции. Для определения тока, проходящего по магистральному проводу, в зависимости от коэффициента спроса, прежде всего находят расчетную активную мощность:
Р=åКс*Рпу, (26)
где Р - расчетная активная мощность электроприемника n-й группы, Кс - характерный коэффициент спроса для данной группы электроприемников, Рпу - установленная мощность электроприемников группы.
Затем находят величину реактивной мощности:
Q=åР*tg j, (27)
где Р - расчетная активная мощность данной группы.
Далее определяют полную мощность, потребляемую всеми электроустановками,
S=. (28)
Потребляемый ток
I=. (29)
Произведем выбор магистрального шинопровода для плавильного цеха. Для группы с Ки=0,6:
1) Вычислим активную суммарную мощность группы
Рпу=140+165+60+7,5+17,6+900+60+33=1383,1 кВт
2) По (26) вычислим расчетную активную мощность
Р=0,6*1383,1=829,86 кВт
3) По (27) вычислим реактивную мощность
Q=829,86*1,04=863,05 кВар
4) По (28) вычислим полную мощность
S=кВА
Аналогично приведенному примеру последующие расчеты сведены в таблицу 8.
Таблица 8 - Расчетные мощности групп ЭП для выбора шинопровода
Показатели Кс=0,1 Кс=0,32 Кс=0,6 Кс=0,7 Кс=0,9 Освещение Итого соs j 0,1 0,2 0,7 0,65 0,85 0,98 - tg j 9,51 5,14 1,04 1,01 0,49 0,21 - Рпу, кВт 142 9,2 1383,1 337 590 100 - Р, кВт 14,2 2,94 829,86 235,9 531 95 - Q, кВар 135,04 15,11 863,05 238,26 260,19 19,95 - S, кВА 135,78 15,39 1197,29 335,29 591,32 97,07 2372,14Поскольку в данной работе присутствует две секции шин откуда будут питаться два шинопровода, то распределим нагрузку на каждый примерно равномерно, то есть на шинопровод 1 секции будут потребители с коэффициентом спроса 0,1; 0,32; 0,7; 0,9 и освещение (сумма полных мощностей 1174,85 кВА), а на шинопровод 2 секции шин с коэффициентом спроса - 0,6 (полная мощность 1197,29 кВА).
Расчитаем ток на каждый шинопровод по (29)
для 1 секции: I=1174,85/(1,7*0,38)=1818,65 А
для 2 секции: I=1197,29/(1,7*0,38)=1853,39 А
Для питания от каждой секции выбираем шинопровод марки ШМА размером 120*8 каждая шина с допустимым током 1900 А [1].
К распределительным сетям до 1000 В также относятся и секции шин трансформаторной подстанции РУ 0,4 кВ, произведем выбор шин от которых питаются магистральные шинопроводы и ответвления от низкой стороны трансформаторов. Поскольку в случае аварии одного из трансформаторов и срабатывания секционного АВР секции шин должны обеспечивать прохождение всей нагрузки цеха выбираем сечение по полной мощности (таблица 8). По [1] это шины типа ШМА на Iном=2390 А каждая шина состоит из двух полос размером 100*8 мм.
9.3. Выбор защиты проводников.
Провода и кабели, выбранные по номинальному или максимальному току, в нормальном режиме могут испытывать нагрузки, значительно превышающие допустимые из-за перегрузок электроприемников, а также при однофазных и межфазных коротких замыканиях, поэтому как электроприемники, так и и участки сети должны защищаться защитными аппаратами: плавкими предохранителями, автоматическими выключателями, магнитными пускателями.
Плавкую вставку предохранителя выбирают из условий
1) Iнв³Iпуск/a, (30)
где Iнв - номинальный ток плавкой вставки, Iпуск - пусковой ток двигателя приемника, который равен пиковому току, a - коэффициент, зависящий от тепловой характеристики плавкой вставки предохъранителя и частоты и длительности пикового тока (a=2,5 для питающих линий силовой сети и ответвлений к отдельным электродвигателям с нормальными условиями пуска - не более 5-10 с; a=1,6¸2 для линий, питающие крановые троллеи и ответвления к электродвигателям с тяжелыми условиями пуска).
2) Iнв³Iр, (31)
где Iр - рабочий ток приемника.
Уставку расцепителя автомата для защиты или для включения-выключения электроприемника выбираю исходя из условий
1) Iа³Iр (32)
2) Iрасц³a*Iном, (33)
где a=1 для длительного режима и нормальных условий пуска; a=1,5 для двигателей продолжительного режима при тяжелых условиях пуска.
Произведем выбор предохранителя по (30) и (31) для конвейера
Iнв³233,33/2,5; Iнв³93,,33
Iнв³31,11
Из вышеуказанных соотношений по [6] выбираем предохранитель марки ПН2-100 с током плавкой вставки 100 А.
Для освещения воспользуемся только (31)
Iнв³161,2
Выбираем предохранитель марки ПН2-250 с током плавкой вставки 200 А.
Произведем выбор автоматического выключателя для конвейера по (32) и (33)
Iа³31,11 А
Iрасц³1,5*31,11; Iрасц³46,66 А
Из вышеуказанных соотношений по [6] выбираем автомат марки АП50Б-3МТ с Iном=63 А и Iрасц=50 А.
Для освещения определяем аналогично
Iа³1,2*161,2; Iа³193,44 А
Выбираем автомат типа АВМ4Н с Iном=400 А и Iрасц=200 А.
Аналогично приведенному примеру последующие расчеты сведены в таблицу 9.
Для магистральных шинопроводов для защиты будет использоваться атоматические выключатели, так как для проходимых через них токов нет предохранителей.
Выбор производится по условию
Iа³1,2*Iпик, (32)
где Iа - номинальный ток автоматического выключателя, Iпик - пиковый ток проходящий через шинопровод.
Iпик=åIр+(Iпуск-Iном), (33)
где åIр - сумма токов всех электроприемников, подключенных к этому шинопроводу, Iпуск - пусковой ток двигателя, наибольший из всех, Iном - номинальный ток двигателя, имеющий наибольшие показатели.
Для шинопровода 1 секции:
åIр=305,8+77,4+53,2+109,5+584,5+1200,8=2331,2 А
Двигатель с наибольшими показателями - насос Р=75 кВт, Iпуск=1125,75 А; Iном=150,1 А.
По (33) вычислим пиковый ток
Iпик=2331,2+(1125,75-150,1)=3306,85 А
По (32) выбираем автоматический выключатель
Iа³1,2*3306,85 А
Iа³3968,22 А по [6] автомат серии Э «Электрон» типа ЭО25С с Iном=4000 А.
Для шинопровода 2 секции вычисления аналогичны и по (33) выбираем автоматический выключатель той же серии, но типа ЭО40В с Iном=5000 А, решающим в этих вычислениях является вентилятор с Р=90 кВт; Iраб=201,9 А; Iпуск=1514,25 А.
9.4. Проверка выбранных проводников.
Проверку проводников для силовых цепей производят по условиям
1) Для силовых цепей
Iнв£3*Iпр, (34)
где Iпр - допустимый длительный ток проводника.
2) Iрасц£4,5*Iпр, (35)
Произведем проверку выбранных проводников для электроприемников цеха
для силовой цепи конвейера
1) По (34) 100£3*35; 100£105
2) По (35) 50£4,5*35; 50£157,5 А
условие выполняется, выбор произведен правильно, следовательно применяем вышеуказанные проводники и устройства защиты для установки.
Аналогично приведенному примеру последующие расчеты сведены в таблицу 9.
Таблица 9 - Выбор защиты и проверка условий выбора проводников.
Наименование приемника Тип предохранителя Тип автоматаIнв,
А
Iпр, А Iрасц. Автомата, А Конвейер ПН2-100 АП50Б-3МТ-63 100 35 50 Элеватор ПН2-100 100 35 50 Питатель НПН2-63 16 35 10 Сушильный агрегат НПН2-63 25 35 16 Элеватор НПН2-63 6 35 4 Таль ПН2-100 80 35 40 Кран ПП17-1000 Э06М 800 300 250 Насос ПН2-400 Э06М 400 145 250 ПН2-630 630 215 250 Вибратор НПН2-63 АП50Б-3МТ-63 20 35 10 Лебедка ПН2-250 А3710Б 100 80 160 Вентилятор ПН2-630 400 145 160 ПН2-630 А3720Б 630 215 250 Бетоносмесители ПН2-630 Э06М 500 260 250 Дымосос 6кВ - - - - - Шнек ПН2-100 АП50Б-3МТ-63 63 35 40 Отопительный агрегат ПН2-100 50 35 25 Освещение ПН2-250 АВМ4Н-400 200 185 2003) Для магистральных шинопроводов условие проверки
Iа£4,5Iпр, (35)
где Iа - номинальный ток автомата.
Для шинопровода 1 секции по (35)
4000£4,5*1900 условие выполняется
Для шинопровода 2 секции по (35)
5000£4,5*1900 условие выполняется.
10. Расчет и выбор питающих и распределительных сетей высокого напряжения.
Сечения проводников цеховых сетей высокого напряжения выбирается:
1) по условиям нагрева током нагрузки;
2) по условиям защиты от токов КЗ и перегрузки;
3) по условиям механической прочности.
Выбранные сечения проводов проверяются:
1) по допустимой потере напряжения в сети рабочем режиме, в период прохождения по сети пусковых токов и в аварином режиме;
2) по экономической плотности тока;
3) на динамическую и термическую устойчивость при токах КЗ.
1) Выбор сечений проводников по условиям нагрева производится аналогичным образом как и в пункте 9.2. настоящей работы
2) Исходя из условий нагрева, по таблицам выбирают минимально допустимое сечение линии так, чтобы было соблюдено условие
Iр£Iпр, (25)
где Iпр - допустимый длительный ток нагрузки на провода,
кабели или шины данного сечения.
Произведем выбор проводников по условиям нагрева для дымососа
1) Рабочий ток для двигателя 6 кВ по (24)
Iр=1000/(1,7*6*0,95*0,85)=121,41 А
2) Выбираем кабель от шин РУ 6 кВ до двигателя по таблице 15-14 стр.814 [3] - АПРТО с тремя медными жилами, проложенными в трубе сечением 50 мм и Iпр=135 А.
Плавкую вставку предохранителя выбирают из условий (30) и (31)
1) По условию (30)
Iнв³752,68/2,5
Iнв³301,072 А
2) По условию (31)
Iнв³121,4 А
Из вышеуказанных условий выбираем предохранитель марки ПКТ-104-6-315-20У3 с Iнв=315 А.
Для включения-выключения дымососа выбираем автомат по условию (32)
Iа³1,2*752,68
Iа³903,22 А
Для данного условия подходит выключатель ВЭ-6-40/1600У3(Т3) с Iном=1600 А.
Проверку проводников для силовых цепей производят по условию (34)
315£3*135
315£405 условие выполняется, следовательно принимаем к установке вышеуказанные шины и предохранители.
Для распределения запрашиваемой электроэнергии из РУ 6 кВ используются шины, которые аналогично шинам 0,4 кВ должны обеспечивать полное прохождение нагрузки при срабатывании АВР. Поскольку трансформаторы выбраны с условие выхода из строя одного из них, то выбор обусловлен их мощностью. Произведем выбор шин распределительного устройства по формуле
I=Sтр/(1,7*U), то есть
I=2500/(1,7*6)=245 А
выбираем шины марки ШМА медные с Iном=275 А размером 20*3 мм.
11. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.
11.1. Виды КЗ, причины возникновения и последствия.
Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соеденение различных точек электроустановки, при которых токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами, между двумя фазами и однофазные КЗ.
Причинами коротких замыканий могут быть: механические повреждения изоляции - проколы и разрушения кабелей при земляных работах; поломка форфоровых изоляторов; падение опор воздушных линий; старение, то есть износ, изоляции, приводящее постепенно к ухудшению электрических свойств изоляции; увлажнение изоляции и другие причины.
Некоторые КЗ являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата. Условия неустойчивых КЗ самоликвидируются во время бестоковой паузы.
Последствия коротких замыканий является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающего к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы.
Для уменьшения последствия тока КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежеднный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Все электрические аппараты и токоведущие части должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении токов КЗ.
11.2. Расчет токов КЗ.
Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема - упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все источники питания, трансформаторы, воздушные и кабельные линии, реакторы.
Ток КЗ для выбора токоведущих частей и аппаратов расчитывается при нормальном режиме работы электроустановки: параллельное включение всех источников, параллельная или раздельная работа трансформаторов и линий, которпая зависит от нормального режима работы секционного выключателя на подстанциях. По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ. Генераторы, трансформаторы, воздушные линии, реакторы обычно представляются в схеме замещения их индуктивными сопротивлениями, так как активные сопротивления во много раз меньше индуктивных. Кабельные линии 6-10 кВ, трансформаторы мощностью 1600 кВА и менее в схеме замещения представляются индуктивными и активными сопротивлениями.
Все сопротивления подсчитываются в именнованых еденицах или в относительных еденицах (Ом) или в относительных еденицах. Способ подсчета на результаты расчета не влияют. Для расчета сопротивлений задаются базовыми велечинами: напряжением Uб и мощностью Sб. За базовое напряжение принимают среднее номинальное напряжение той ступени, где производится расчет токов КЗ.
Шкала Uб: 230; 115: 37; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23 кВ.
За базовую мощность для удобства расчета подсчетов принимают 100 или 1000 МВА.
Для вычисления сопротивлений у каждого элемента есть своя формула, зависящая от конкретных параметров этого элемента и определяющаяся по каталогу.
При расчете сопротивлений в именованных еденицах (Ом) ток КЗ
Iп,о=Uср/*Хрез, (36)
где Ucр - среднее напряжение на той ступени, где находится точка КЗ, Хрез - результирующее сопротивление от источника до точки КЗ.
Если расчет производится с учетом активного сопротивления, то
Iп,о=Uср/*Zрез, (37)
где Zрез=- полное результирующее сопротивление.
При расчете сопротивлений в относительных еденицах ток КЗ
Iп,о=Iб/Хрез или Iп,о=Iб/Zрез, (38)
где Iб=Sб/*Uср - базовый ток на ступени напряжения точки КЗ.
Произведем вычисления тока КЗ для плавильного цеха обогатительной фабрики.
1) Расчетная схема и схема замещения .
ТМ2500/10 Х1
0,0041
К1 К1
К2
Х2 К2
0,00046 r2
0,00054
К3 Х3 r3
0,0028 К3 0,0032
2) Вычисление сопротивлений
Сопротивление будет вычислятся в именованных еденицах.
Трансформатор ТМ 2500/10 с Sном=2500 кВА, Uк=6,5%.
Шинопровод ШМА с Х0=0,023 Ом/км и r0=0,027 Ом/км.
Сопротивление трансформатора до точки К1
Х1=Uк%*Uб/100*Sном
Х1=6,5*0,4*0,4/100*2500=0,0041 Ом
Сопротивление шинопровода до точки К2, длина 20 метров от ТП
Х2= Х0*L*Uб/ср (40)
Х2=0,023*0,02*0,4*0,4/0,4*0,4=0,00046 Ом
r2=r0*L* Uб/ср (41)
r2=0,027*0,02*0,4*0,4/0,4*0,4=0,00054 Ом
Сопротивление шинопровода до точки К3, длина 120 метров от ТП
по формуле (40) реактивное сопротивление равно
Х3=0,023*0,12*0,4*0,4/0,4*0,4=0,0028 Ом
по формуле (41) активное сопротивление равно
r3=0,027*0,12*0,4*0,4/0,4*0,4=0,0032 Ом
Полное сопротивление до точки К2
Z2= Ом
Полное сопротивление до точки К3
Z3= Ом
3) Вычисление токов КЗ.
В точке К1 по формуле (36)
Iп,о=0,4/1,7*0,0041=57,39 кА
В точке К2 аналогично
Iп,о=0,4/1,7*0,00457= 51,49кА
В точке К3
Iп,о=0,4/1,7*0,00825= 28,52 кА
11.3. Расчет ударных токов КЗ.
Ударный ток КЗ определяется по
iу=*kу*Iп.о, (39)
где kу - ударный коэффициент тока КЗ, где Ку - ударный коэффициент тока КЗ, который определяется по таблице 7.1 стр.359 [13].
Ударный ток в точке К1 по (39)
iу=1,4*1,94*57,39=155,87 кА
Ударный ток в точке К2
iу=1,4*1,8*51,52=129,83 кА
Ударный ток в точке К3
iу=1,4*1,4*28,52=55,89 кА
12. Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания
Для нормальной работы трансформаторной подстанции, ее ремонта и обслуживания, производства включений, отключений и переключений, а также для защиты аппаратов потребителей и токоведущих частей от непреднамеренных режимов применяются различные коммутационные аппараты, которые должны выбираться в соответствии с вычислительными максимальными расчетными величинами для нормального режима и короткого замыкания. Для их выбора сравнивают указанные расчетные величины с допускаемыми значениями для токоведущих частей и высоковольтного оборудования.
В предыдущих пунктах выбраны все токоведущие части и коммутационные и защитные аппараты до 1 кВ, то в этом пункте будут приведены расчеты для защиты трансформатора на стороне высокого и низкого напряжения.
Для коммутации трансформатора на стороне 6 кВ применяется масляный выключатель или предохранитель с разъеденителем. Поскольку нам неизвестны токи КЗ на стороне 6 кВ, то установка такого выключателя наиболее оптимальна для выбора защиты. Условия выбора и их соответствие представлены в таблице 10.
Таблица 10 - Выбор выключателя МГГ-11-3500/1000Т3.
Параметр Обозначение Формула Расчет Номинальное напряжение, кВUном. А
Uном. а ³ Uном. у
11,5 ³6 Номинальный длительный ток, АIном. А
Iном. а ³ Iр. У.
4000³245,09 Номинальный ток отключения, кАIном. О
Iном. о ³ Iр. О
64³57,39 Номинальная мощность отключения, тыс. КВАSном. О
Sном. о ³ Sр. о
736³ 344,34 Допустимый ударный ток КЗ, кАiном. Дин
iном. дин ³ iу. р
173,82³155,87По всем указанным параметрам выключатель соответствует, поэтому принимаем его к установке.
Для вывода в ремонт выключателя применяются разъеденители видимого разрыва электрической цепи. Выбор разъеденителей аналогичен выключателю, но не проверяется условие отключающей способности и представлен в таблице 11.
Таблица 11 - Выбор разъеденителя РВФЗ-6/1000 II-IIУ3.
Параметр Обозначение Формула Расчет Номинальное напряжение, кВUном. А
Uном. а ³ Uном. у
6=6 Номинальный длительный ток, АIном. А
Iном. а ³ Iр. У.
1000³245,09 Допустимый ударный ток КЗ, кАiном. Дин
iном. дин ³ iу. р
220³155,87Разъеденитель проходит по всем параметрам и применим к установке.
Чтобы производить включение секций на один трансформатор при аварии другого применяют секционный выключатель, который выбирается аналогично таблице 10, но с учетом прохождения всех токов нагрузки цеха, выбор представлен в таблице 12.
Таблица 12 - Выбор выключателя МГГ-11-3500/1000Т3.
Параметр Обозначение Формула Расчет Номинальное напряжение, кВUном. А
Uном. а ³ Uном. у
11,5 ³6 Номинальный длительный ток, АIном. А
Iном. а ³ Iр. У.
4000³490,18 Номинальный ток отключения, кАIном. О
Iном. о ³ Iр. О
64³57,39 Номинальная мощность отключения, тыс. КВАSном. О
Sном. о ³ Sр. о
736³ 344,34 Допустимый ударный ток КЗ, кАiном. Дин
iном. дин ³ iу. р
173,82³155,87Поскольку выключатель и разъеденители у трансформаторов выбраны с большим запасом, они подойдут на установку в качестве секционных коммутационных аппаратов.
Для секционирования на низкой стороне применим разъеденитель, выбор которого произведен в таблице 13.
Таблица 11 - Выбор разъеденителя РЕ13-47.
Параметр Обозначение Формула Расчет Номинальное напряжение, кВUном. А
Uном. а ³ Uном. у
0,66³0,4 Номинальный длительный ток, АIном. А
Iном. а ³ Iр. У.
4000³3800 Допустимый ударный ток КЗ, кАiном. Дин
iном. дин ³ iу. р
160³129,83Поскольку разъеденитель подходит по всем условиям принимаем его к установке.
На стороне низкого напряжения для защиты трансформатора применяются автоматические выключатели, выбор которого произведен в таблице 14.
Таблица 14 - Выбор автоматического выключателя ЭО25С.
Параметр Обозначение Формула Расчет Номинальное напряжение, кВUном. А
Uном. а ³ Uном. У
0,4=0,4 Номинальный длительный ток, АIном. А
Iном. а ³ Iр. У.
4000³2331,2 Номинальный ток отключения, кАIном. О
Iном. о ³ Iкз.уст
65 ³51,49 Допустимый ударный ток КЗ, кАiном. Дин
iном. дин ³ iу. Р
163,8³129,83По всем указанным параметрам указанный выключатель соответствует, поэтому принимаем его к установке.
13. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ.
Релейной защитой называется комплекс реле и аппаратов, собранных в определенные электрические схемы, задачей которых является отключение поврежденного элемента электрической цепи путем воздействия на отключающие аппараты защищаемо элемента.
В системе электроснабжения плавильного цеха защите от напреднамеренных режимов предназначены особо ответственные потребители и элементы. К таковым относятся некоторые типы электродвигателей и трансформаторы цеховой ТП.
13.1. Выбор уставок защиты трансформатора.
Расчет защит трансформатора производится следующим образом:
1. Определяют комплекс защит трансформатора и их назаначение.
2. Определяют номинальные токи на ВН и НН по формуле
Iном=S/(*U), (42)
где Iном - номинальный ток на стороне трансформатора, S - мощность трансформатора, U - напряжение на стороне трансформатора.
3. Выбирают трансформаторы тока и их соеденение, от которых будет производится питание реле.
4. Определяют какое реле будет выполнять функцию той или иной защиты.
5. Вычисляют ток срабатывания защиты по формуле
Iсз=Кн*Ксх*Iном/(Кв*Ктт), (43)
где Iсз - ток срабатывания защиты; Кн - коэффициент надежности (Кн=1,1-1,25); Ксх - коэффициент схемы (Ксх=1 для трансформаторов тока, схема соединения которых полная или неполная звезда, и Ксх= для трансформаторов тока, схема соединения которых включена на разность вазных токов); Кв - коэффициент возврата (Кв=0,8-0,85); Ктт - коэффициент трансформации трансформаторов тока.
6. Выбирается для установки реле тока.
7. Вычисляется коэффициент чувствительности для защиты при двухфазном КЗ на стороне НН трансформатора по
Кч=0,87*Iк2/(Iср.р*Ктт), (44)
где Iк2 - ток КЗ на НН трансформатора. Кч должно быть больше 1,5.
8. Рассчитывается ток срабатывания отсечки, устанавливаемой со стороны питания трансформатора по формуле
Iср.р=Кн*Ксх* Iк2/Ктт. (45)
9. Вычисляется коэффициент чувствительности отсечки при двухфазном КЗ на ВН трансформатора по
Кч=0,87*Iк1/(Iср.р*Ктт), (46)
где Iк1 - ток КЗ на ВН трансформатора. Кч должно быть больше 2.
10. Выбирается газовое реле для защиты от внутренних повреждений.
Произведем выбор уставки релейной защиты для трансформатора цеховой подстанции.
1. Для защиты трансформатора принимаем максимально-токовую защиту (МТЗ) на стороне НН, токовую отсечку (ТО) на ВН, а также газовую защиту от внутренних повреждений.
2. Номинальные токи на ВН и НН по формуле (42)
Iном1=2500/(1,7*6)=245,09 А.
Iном2=2500/(1,7*0,4)=3676,47 А.
3. Выбираем трансформаторы тока [6] для МТЗ ТВЛМ-6У3 300/5 (Ктт=60), для ТО ТПШЛ-10У3 4000/5 (Ктт=800).
4. Для МТЗ принимаем к установке реле типа РТ 40/20 и реле времени типа ЭВ-122 с уставками 0,25-3,5 с.
5. Вычисляют ток срабатывания защиты по формуле
Iсз=1,3*1*3676,47/(0,85*800)=5,41 А
6. Выбирается для установки реле тока РТ 40/20 ток срабатывания 5-10 А.
7. Вычисляется коэффициент чувствительности для защиты при двухфазном КЗ на стороне НН трансформатора по (44)
Кч=0,87*51490/(5,41*800)=10,35, что выше допустимого (Кч=1,5).
8. Рассчитывается ток срабатывания отсечки, устанавливаемой со стороны питания трансформатора по формуле (45)
Iср.р=1,4*1*0,87*51490/800=78,39 А
9. Вычисляется коэффициент чувствительности отсечки при двухфазном КЗ на ВН трансформатора по
Кч=0,87*57390/(78,39*60)=10,62.
10. Выбираем газовое реле для защиты от внутренних повреждений типа ПГ-22 с действием на отключение.
13.2. Выбор уставок защиты двигателя.
Расчет защит двигателей выполняется в следующей последовательности:
1. Вычисляется номинальный ток двигателя по (23).
2. Выбираеются трансформаторы тока и определяется их коэффициент трансформации.
3. Вычисляется ток срабатывания отсечки с отстройкой от пусковых токов по формуле
Iср.р=Кн*Ксх*Iном*Кпуск/Ктт, (47)
4. Рассчитывается коэффициент чувствительности отсечки по
Кч=Iк/(Ктт*Iср.р), (48)
где Iк - ток короткого замыкания.
5. Вычисляется ток срабатывания защиты от перегрузки по
Iср.р=Кн*Ксх*Iном/(Кв*Ктт), (49)
Произведем выбор релейной защиты для двигателя дымососа на 6 кВ.
1. Номинальный ток двигателя по (23)
Iр=1000/(*6*0,85*0,945=121,4 А
2. Выбираем трансформаторы тока ТВЛМ-6 150/5 с коэффициентом трансформации Ктт=30.
3. Вычисляется ток срабатывания отсечки с отстройкой от пусковых токов по (47)
Iср.р=1,8*1,7*6,2*121,4/30=76,77 А.
4. Рассчитываем коэффициент чувствительности отсечки по (48)
Кч=57490/(30*76,77)=24,96 А.
5. Вычисляется ток срабатывания защиты от перегрузки по (49)
Iср.р=1,2*1,7*121,4/(0,8*30)=10,32 А.
Принимаем по [2] для токовой отсечки и для защит двигателя от перегрузки реле типа РТ-40/100 с уставками тока срабатывания Iотс=76,77 А и Iпер=10,32 А.
14. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
При обслуживании электроустановки опасность представляют не только неизолированные токоведущие части, находящиеся под напряжением, но и те конструктивные части электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под анпряжением при повреждении изоляции.
Для защиты людей от поражения людей электрическим током при повреждении изоляции применяется одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, двойная изоляция и т.д.
Защитное заземеление - это преднамеренное электрическое соеденение какой-либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений шага и напряжение прикосновения.
Из вышеперечисленных мер защиты заземление наиболее эффективно, поскольку при малых затаратах и без отключения позволяет обеспечить безопасность человека.
Заземляющее устройство состоит из заземелителя и заземляющих проводников. В качестве естественных заземлителей используется в первую очередь естественные заземелители: проложенные в земле металлические конструкции. Если этих естественных заземлителей недостаточно, применяют искуственные заземлители: заглубленные в землю вертикальные электроды из труб, уголков или прутковой стали.
Для обеспечения надлежащей безопасности величина заземления нормируется ПУЭ, в случае, если величина естественных заземлителей больше нормы применяют искусственные заземлители, которые уменьшают общую величину. Расчет заземляющих устройств производится в следующем порядке:
1. В соответствии с ПУЭ устанавливают допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз.
2. Определяют величину естественного заземлителя.
3. Предварительно с учетом территории намечают расположение заземлителей - в ряд, по контуру и его длину.
4. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальных и вертикальных электродов с учетом повышающего коэффициента, учитывающего высыхание грунта летом и промерзание его зимой.
5. Определяют необходимое сопротивление искуственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражения
Rи=Rе*Rз/(Rе-Rз), (50)
где Rз - сопротивление искуственного заземлителя, Rи - сопротивление искусственного заземлителя, Rе - сопротивление естественного заземлителя.
6. Принимается нужный вид исткуственного заземлителя и его параметры. Вычисляется его сопротивление по формуле
Rпр=0,0027*r*y, (51)
где Rпр - сопротивление элемента искусственного заземлителя, r - расчетное удельное сопротивление грунта, y - коэффициент повышения сопротивления.
7. Вычисляется количество элементов искуственного сопротивления по формуле
n=Rпр/L, (52)
где n - длина заземлителя, L - длина между элементами в земле.
8. Определяется коэффициент экранирования.
9. Вычисляется сопротивление заземляющего устройства по формуле
R’и=Rпр/n*h, (53)
где R’и - расчетная величина заземляющего устройства, h - коэффициент экранирования.
10. Сравнивается расчетное значение сопротивления и предельное значение по формуле
R’и<Rи, (54)
если оно выполняется значит количество элементов заземления выбрано правильно, иначе надо проверять сопротивление протяженных заземлителей.
Произведем расчет заземляющего устройства для плавильного цеха.
1. В соответствии с [1] для электроустановок напряжением до 1кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление должно быть не более 4 Ом, для электроустановок напряжением выше 1 кВ с малыми токами замыкания на землю сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом. Первое требование явяляется определяющим.
2. Принимаем, что подстанция получает питание по двум кабелям напряжением 6 кВ, сопротивление оболочек которых равно 5,65 Ом.
3. Заземления прокладываются по периметру цеха площадью 17351,13 кв.м., включая площадь цеховой трансформаторной подстанции.
Площадь цеха определена по методу удельной нагрузки на еденицу производственной площади по формуле Pр=Руд*F, где Рр - расчетная нагрузка цеха (в нашем случае - 3981,1 кВт), Руд - удельная расчетная мощность на 1 кв.м. производственной площади, F - площадь цеха. Удельную мощность определим по [3], которая составит 230 Вт/кв.м. Отсюда вычислим площадь цеха по формуле
F=Рр/Руд=3981,1/0,23=17309,13 кв.м.+42 кв.м. ТП=17351,13 кв.м.
Из площади принимаем, что длина 247,17 м, ширина - 70,2 м. Периметр цеха равен 638,74 м.
4. Удельное сопротивление грунта определим из [11] стр.257, принимая, что предприятие находится на суглинистых грунтах с удельным сопротивлением грунта 20000 Ом*см.
5. Определяем необходимое сопротивление искуственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражения (50)
Rи=5,65*4/(5,65-4)=13,5 Ом.
6. Для искусственных заземлителей принимаем прутковые электроды диаметром 12 мм, длиной 5 м, сопротивление которых по (51)
Rпр=0,0027*20000*1,5=68 Ом, где y=1,5 - коэффициент повышения сопротивления определяеттся из [11] стр. 260 таблица 7.3.
7. Количество элементов искуственного сопротивления по формуле (52)
n=634,74/5=127 штук.
8. Коэффициент экранирования по [11] стр.257 таблица 7.1, откуда h=0,31.
9. Сопротивление заземляющего устройства по формуле (53)
R’и=68/(127*0,31)=1,73 Ом
10. Сравнивается расчетное значение сопротивления и предельное значение по формуле (54)
R’и<Rи; 1,73<13,5
условие выполняется, значит количество элементов заземления выбрано правильно.
15. ЛИТЕРАТУРА.
1. Правила устройства электроустановок. - М.:Госэнергонадзор, 2000.
2. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2 т. - Т.II/ Под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. - М.: Энергия, 1974.
3. Справочник энергетика промышленных предприятий. В 4 т. - / Под общ. ред. А.А.Федорова, Г.В.Сербиновского и Я.М.Большама. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963
4. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. Учеб. пособие для СУЗов. - М.: Мастерство, 2002
5. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1987
6. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные марериалы для курсового и дипломного проектирования. Для студентов ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989
7. Электротехнический справочник. В 3 т. - Т.III, Кн. 2/ Под общ. ред. В.Г.Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1982
8. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии
9. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей. Учебное пособие для ВУЗов/Под ред. В.М.Блок. - М.: Высшая школа, 1981
10. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. Н. Е. Мукасеева. – М.: Энергоатомиздат, 1978.
11. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для СУЗов. - М.: Высшая школа, 1990
12. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - М.:Высшая школа, 1976
13. Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебное пособие для СУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989