Електропостачання металообробного цеху ВАТ "Завод ім. Фрунзе"

1.2            Визначення категорії надійності і вибір схеми силової мережі

1.2.1          Конфігурація силової мережі, тобто розташування елементів мережі на плані цеху, а також її схема визначаються величинами електричних навантажень цеху і категорією електроспоживачів у відношенні надійності електропостачання.

1.2.2          Правилами улаштування електроустановок усі електроприймачі поділяються на три категорії у відношенні надійності електропостачання. Найбільш відповідальні електроустановки, які відносяться до першої категорії, не дозволяють перерви у електропостачанні, тому підведення електроенергії до них має бути забезпечено від двох незалежних джерел.

Електроспоживачі другої категорії надійності теж повинні мати резервне джерело живлення, тому для розподілення електроенергії у цехах, де переважна більшість електроприймачів віднесені до другої категорії надійності, необхідно вибирати двох трансформаторну підстанцію з незалежними введеннями електроенергії до трансформаторів на рівні високої напруги (6-10 кВ).

Електроспоживачі третьої категорії надійності можуть бути від'єднані від електропостачання у разі аварійної ситуації на час усунення пошкодження (до однієї доби) і не потребують резервного джерела живлення. Для таких навантажень зазвичай вибирають однотрансформаторну цехову підстанцію і найпростішу у технічному відношенні схему електропостачання.

1.2.3  Схеми електропостачання поділяються на радіальні, магістральні та змішані. Останні поєднують у собі елементи радіальних і магістральних схем і найчастіше використовуються на практиці.

Радіальні схеми розподілення електроенергії будуються на засадах незалежного отримання живлення окремими споживачами електроенергії від джерела. Вони доволі гнучкі і надійні, зручні в експлуатації, тому що пошкодження або ремонт однієї лінії не заважає усім іншим споживачам залишатися у роботі. Радіальні схеми зазвичай використовуються на першій ступені розподілення електроенергії у цеху - від трансформаторної підстанції до розподільчих пунктів, рідше - від розподільчих пунктів до окремих споживачів.

1.2.4          Радіальні схеми потребують значно більших капіталовкладень на зрівняння з магістральними, коли однією лінією електроенергія подається до декількох споживачів. Магістральні схеми забезпечують достатній рівень надійності електропостачання для електроспоживачів III категорії надійності, економічні, дозволяють виконувати монтажні роботи індустріальними методами.

1.2.5          У чистому вигляді магістральні і радіальні схеми розподілення електроенергії застосовуються рідко. Поєднання елементів тих і інших схем при створенні силової мережі на виробництві дозволяє раціонально і економічно використовувати достоїнства обох видів схем і забезпечувати необхідний рівень надійності електропостачання конкретних споживачів електроенергії.

1.2.6 Для металообробного цеху, де переважною більшістю встановлені споживачі третьої категорії надійності електропостачання, категорія виробничих процесів віднесена до класу «Д», попередньо вибираємо змішану схему силової мережі із застосуванням магістрального струмопроводу типу ШЗМ-16УЗ і розподільчих шаф типу ШВР, де встановлені автоматичні відмикачі на вході і на відхідних лініях. Таким чином, розподілення електроенергії на рівні 0,4 кВ у металообробному цеху передбачається здійснювати від трансформаторної підстанції через магістральний струмопровід до розподільчих шаф; від розподільчих пунктів окремими лініями за найкоротшими трасами електроенергія має надходити до кожного окремого електроприймач.

1.3 Розрахунок електричних навантажень

1.3.1 Електричні навантаження промислових підприємств визначають вибір усіх елементів системи електропостачання, потужність трансформаторних підстанцій, живлячих і розподільчих мереж. Тому правильне визначення електричних навантажень є вирішальним фактором при проектуванні електричних мереж.

1.3.2 Якщо електричне навантаження прийняти вищим за реальне, це може привести до перевитрат провідникового матеріалу і подорожчання будівництва; якщо навантаження прийняти нижчим за реальне – це приведе до зменшення перепускної спроможності мережі та до неможливості забезпечення нормальної роботи електроприймачів.

1.3.3 Існує декілька способів розрахунку електричних навантажень. Керівними матеріалами головного проектного інституту з проектування електропостачання РТМ 36.18.32-4-92 рекомендований для розрахунків способів впорядкованих діаграм або коефіцієнта розрахункових навантажень.

1.3.4 При цьому усі споживачі групуються за характерними категоріями з однаковими коефіцієнтами використання Кв і tgц, розрахунок ведеться за формою Ф636-92.

Розрахункове навантаження Рр, кВт, визначають як:

Рр = Кр * Рс, (1-1)

де Кр – коефіцієнт розрахункового навантаження;

Рс – споживана або середня активна потужність електроприймачів, кВт.

1.3.5 Для групи електроспоживачів одного режиму роботи середню активну та реактивну потужність навантаження, кВт і кВАр відповідно, знаходять за формулами:

Рс = Кв * Рн (1-2)

Qс = Кв * Рн * tgц (1-3)

де Кв – коефіцієнт використання;

Рн – номінальна встановлена потужність групи електроприймачів, кВт;

tgц – коефіцієнт реактивної потужності.

При наявності в групі електроспоживачів з різними режимами роботи:

Рс =Рс (1-4)

Qс=Qс (1-5)

1.3.6 Коефіцієнт розрахункового навантаження знаходиться в залежності від ефективного числа електроприймачів nе і коефіцієнта використання для цієї групи електроприймачів. Груповий коефіцієнт використання:

Кв =  (1-6)

Ефективне число електроприймачів для вузла живлення визначають за виразом:

nв =  (1-7)

А при великій кількості електроприймачів – в цілому для цеху або для магістрального шино проводу – за виразом:

nв =  (1-8)

Де УРн – сумарна номінальна потужність у вузлі, кВт

Рнмах – потужність найбільшого з електроприймачів у групі, кВт

1.3.7 Реактивна розрахункова потужність, кВАр, теж залежить від nе:

Qp = Qc при nе > 10 (1-9)

Qp = 1,1 Qc при nе ≤ 10 (1-10)

1.3.8 Повна розрахункова потужність, кВА, визначають за виразом:

Sp =  (1-11)

Розрахунковий максимальний струм, А

Ір =  (1-12)

Де Sp – повна розрахункова потужність, кВА;

Uн – номінальна напруга живлення, кВ.

1.3.9 Приклад розрахунку для вузла ШР1

1.3.9.1 У вузлі ШР1 знаходяться верстати з позиціями: 9,10 потужністю 25,7 кВт, 5 потужністю 26,0 кВт, 4 потужністю 13,5 кВт, 3 потужністю 7,5 кВт, 1 потужністю 30,0 кВт, 2 потужністю 15,0, 62 потужністю 12,6 кВт, 56 потужністю 15,0 кВт, 48 потужністю 3,0 кВт, 52 потужністю 1,8 кВт, А4 потужністю 15,75 кВт.

1.3.9.2 За формулами (1-2) та (1-3) знаходжу середню активну та реактивну потужність навантаження для верстатів поз. 1…5, 9, 10, 48, 56, 62

Рс = 0,17 * (25,7*2 + 26 + 13,5 + 7,5 + 30 + 15 + 12,6 + 15 + 3) = 34,8 кВт

Qс = 0,17 * 174 * 1,17 = 40,7 кВАр

Для барабана поз. 52

Рс = 0,14 * 1,8 = 0,25 кВт

Qс = 0,14 * 1,8 * 1,17 = 0,3 кВАр

Для агрегату повітряно-опалювального поз. А4, в який входять електропривод та нагрівач

Для електроприводу

Рс = 0,75 * 0,65 = 0,5 кВт

Qс = 0,75 * 0,65 * 0,75 = 0,37 кВАр

Для нагрівача

Рс = 15 * 0,65 = 9,75 кВт

Qс = 15 * 0,65 * 0,33 = 3,22 кВАр

Для розподільчого пункту ШР1 за формулами (1-4) та (1-5) знаходимо сумарну середню активну та реактивну потужність навантаження

УРс = 34,8 + 0,25 + 0,5 + 9,75 =45,3 кВт

УQс = 40,7 + 0,3 + 0,37 + 3,22 = 44,6 кВАр

1.3.9.3 Груповий коефіцієнт використання за формулою (1-6)

Кв =  = 0,24

Груповий tgц

tgц =  =  = 0,98

За формулою (1-8) визначаю ефективне число електроприймачів

ne =  = 9, 21

Приймаємо ne = 9 шт

За формулою (1-10) знаходжу реактивну розрахункову потужність

Qp = 1,1 * 0,24 * 191,55 * 0,98 = 51,08 кВАр

За формулою (1-11) визначаю повну розрахункову потужність

Sp = = 78,61 кВА

За формулою (1-12) знаходжу розрахунковий максимальний струм

Ір =  = 199,58 А

Але при умові, що сума номінальних струмів від чотирьох найбільш потужних верстатів, які можуть одночасно працювати, за розрахунковий струм у вузлі ШР1 приймаємо струм 253 А.

1.4 Розрахунок і вибір компенсуючих пристроїв

1.4.1 Реактивний струм додатково завантажує лінії електропередачі, що призводить до підвищення перерізу проводів і кабелів, і відповідно до збільшення капітальних витрат на спорудження та експлуатацію зовнішніх та внутрішніх мереж малих і потужних промислових підприємств. Реактивна потужність поряд з активною враховується постачальником електроенергії і підлягає оплаті за діючими тарифами, а це складає чималу частину рахунків за електроенергію.

1.4.2 Найбільш ефективним способом зниження споживаної з мережі реактивної енергії є використання установок компенсації реактивної потужності – косинусних конденсаторних установок.

Застосування конденсаторних установок дозволяє:

-    розвантажити живлячі лінії електропередачі, трансформатори та розподільчі пристрої;

-    знизити витрати на оплату електроенергії;

-    зробити розподільчі мережі надійнішими та економічнішими;

-    при використанні певного типу установок знизити рівень вищих гармонік;

-    подавити перешкоди у мережі, знизити асиметрію фаз.

1.4.3 Як відомо, чим більша реактивна потужність при постійній активній потужності, тим нижчий коефіцієнт потужності cosц. Значення cosц для окремих категорій приймачів електроенергії великою мірою залежить від їх специфічних особливостей і режимів роботи. Наприклад, верстатне устаткування з циклічним режимом роботи, цехові крани при повторно-короткочасному режимі роботи, електрозварювальні трансформатори, індукційні електричні печі належать до групи споживачів з низьким значенням cosц. Разом з тим такі електроприймачі, як електричні печі опору, сушильні апарати і шафи, мають високе значення cosц (близьке до одиниці).

1.4.4 Зниження споживання реактивної потужності і електроенергії дозволяє значно підвищити поточний коефіцієнт потужності

сosц =  (1-13)

Заходи з підвищення коефіцієнту потужності поділяються на дві основні категорії:

-    природні, що пов’язані з покращенням використання встановленого електроустаткування;

-    штучні, що потребують використання спеціальних компенсуючи пристроїв.

1.4.5 До природних заходів умовно відносять використання синхронних двигунів в нових установках та заміну асинхронних двигунів на синхронні в існуючих, упорядкування технологічного процесу, що веде до покращення енергетичного режиму електрообладнання, зниження напруги на обмотках статора шляхом ручного або автоматичного перемикання з трикутника на зірку, якщо двигун завантажений на 30 - 40% від номінальної потужності, використання секціонованих обмоток двигунів, обмеження холостого ходу асинхронних двигунів тощо.

До штучних заходів підвищення cosц належать встановлення косинусних (статичних) конденсаторів або синхронних компенсаторів.

1.4.6 На промислових підприємствах застосовують, головним чином, косинусні конденсатори. Вони виготовляються як для низьких так і для високих напруг. Статичні конденсатори мають значні переваги перед іншими видами штучної компенсації, тому що їх установка не пов’язана з великими втратами потужність в них (0,004-0,005 кВт/кВАр), вони прості в обслуговуванні, не мають частин, які обертаються. Але водночас вони мають підвищену чутливість до підвищення напруги і практичну недоцільність відновлювального ремонту.

Необхідна потужність компенсуючого пристрою, Qку, кВАр, визначають за формулою

Qку = Рр * (tgц1 – tgц2) (1-14)

Де Рр – розрахункова активна потужність на шинах трансформатора, кВт

tgц1 – коефіцієнт реактивної потужності до компенсації

tgц2 – нормативний коефіцієнт реактивної потужності.

1.4.7 Нормативний коефіцієнт потужності повинен знаходитись у межах 0,92ч0,98 (tgц = 0,2…0,25), тобто розрахований вище коефіцієнт tgц = 1,09 (таблиця 1.2) необхідно підвищити до нормативного.

Qку = 318,23 * (1,09 – 0,24) = 270,5 кВАр

Приймаємо для компенсації конденсаторну установку УК-0,4-280У3 потужністю 280,0 кВАр з номінальним струмом Ін = 346,1 А.

1.4.8 Реактивну потужність Qку віднімаємо від розрахункової Qр і розрахункову повну потужність, Sр, кВА, на шинах 0,4 кВ цехового трансформатора визначаємо з урахуванням компенсуючої потужності Qку

Sp =  (1-15)

Sp = = 347,44 кВА

Коефіцієнт потужності після компенсації становить

cosц =  =  = 0,92

що відповідає вимогам енергосистеми.

1.5 Розрахунок, вибір потужності і конструкції трансформаторної підстанції

1.5.1 Тансформатори є одним з основних видів електроустаткування, що забезпечують передачу та розподіл електроенергії від електричних станцій до споживачів. Вибір числа, типу і потужності трансформаторів обумовлюється величиною і характером електричних навантажень, розташуванням технологічного обладнання, експлуатаційними вимогами, умовами оточуючого середовища, тощо.

1.5.2 Трансформаторні підстанції повинні наближуватися до центру розташування споживачів електроенергії. З цією метою використовують внутрішньоцехові підстанції, які живлять окремі цехи або їх частини.

1.5.3 Підстанція, яку вибирають при проектуванні, повинна займати мінімум корисної площі у цеху, задовольняти вимогам електричної і пожежної безпеки і не повинна заважати технологічному процесу.

1.5.4 Оскільки споживачі металообробного цеху належить до ІІІ категорії надійності електропостачання, то немає потреби встановлювати в цеху два трансформатори. Але питання про встановлення одно- чи двох-трансформаторної підстанції остаточно вирішують за результатами техніко-економічних розрахунків.

1.5.5 Для електропостачання промислових підприємств широко використовують комплектні трансформаторні підстанції (КТП), які мають цілий ряд переваг перед звичайними, де окремо встановлюється силовий трансформатор, розподільчий пристрій низької напруги РПНН та інші складові.

КТП загалом з усіма апаратами захисту, вимірювальними приладами та допоміжними пристроями виготовляються, комплектуються та випробуються на заводі. До місця встановлення поступають у зібраному вигляді. Це дає великий економічний ефект, тому що прискорює і здешевлює будівництво, дозволяє вести роботи індустріальними методами.

1.5.6 Електромонтаж КТП постає лише у встановленні комплектного пристрою, його перевірці і приєднанню до електричної мережі. При цьому підвищується загальна якість електроустановки, надійність її роботи, зручність і безпечність обслуговування, досягається зручність і швидкість розширення підстанції під час реконструкції електрогосподарства на підприємстві.

1.5.7 У нашому випадку, коли в цеху встановлені споживачі ІІІ категорії, потужність електричних навантажень невелика, вибираємо одно- трансформаторну підстанцію на 630 кВА

Sнт > Sp (1-16)

630 > 567,44 кВА

1.5.8 Коефіцієнт завантаження при цьому складає

Кз =  =  = 0,9

що в межах допустимого

Отже приймаємо для установки в металообробному цеху підстанцію типу КТП-630/10/0,4-У3 з масляним трансформатором типу ТМ-630/10/0,4-У3.

1.6 Розрахунок живлячої мережі

1.6.1 Щоб розрахувати живлячу мережу необхідно знати розрахункові і граничні значення навантажень на кожний з розподільчих пунктів і на підстанцію загалом. Відповідно до цих параметрів вибирають переріз живлячих ліній та захисні апарати. Розрахункові навантаження визначенні нами і підрозділі 1.3.

1.6.2 Високовольтний кабель, що живить підстанцію, вибирається:

- за напругою та умовами прокладки;

- за тривало допустимим струмом навантаження;

- і перевіряється за економічною густиною струму.

1.6.3 Відповідно до першої з зазначених умов вибираємо кабель марки ААШв-10 напругою 10 кВ, який прокладається у траншеї.

1.6.4 Тривало допустимий струм навантаження, А, визначається номінальним струмом навантаження трансформатора з боку ~ 10 кВ

Інт =  (1-17)

де Sнт – номінальна потужність трансформатора, кВА;

Uн – номінальна напруга трансформатора з боку ВН, кВ.

Інт =  = 36,37 А

Такому навантаженню відповідаю переріз 16 мм2.

1.6.5 Переріз вибраного кабелю, мм2, перевіряють за економічною густиною струму, який визначають за виразом

Se =  (1-18)

де Ідоп – допустимий струм навантаження, А

j – економічна густина струму, А/мм2.

1.6.5 Економічна густина струму залежить від матеріалу жил кабелю та кількості годин роботи підприємства за рік Т і вибирається за таблицею 1.3.36 з ПУЕ.

Для кабелю з алюмінієвими жилами та Т = 3000 ч 5000 год., j = 1,4 А/мм2

Se =  = 26 мм2

Приймаємо кабель ААШв-10 3х35 мм2.

1.6.6 Вибір перерізу живлячих кабелів марки ВВГ-660 від трансформаторної підстанції до ШР1чШР8, конденсаторної установки, освітлювальної мережі, а також до сусідньої ділянки, проводиться відповідно струму на кожен з пунктів за таблицею 1.2 даного проекту. Наприклад, для розподільчого пункту ШР7 типу ШВР-250-136-20У3 розрахунковий струм навантаження становить 168,8 А. Підключаємо ШР7 до магістрального шинопроводу кабелем марки ВВГ-660 3х70+1х35.

Згідно ПУЕ (п.3.1.16.) апарат захисту може бути віднесений від шинопроводу на відстань до 30 метрів, тому для захисту розподільчих пунктів ШР2чШР8 приймаємо автоматичний відмикач на їхньому вході, струм розмикання якого вибираємо відповідно до розрахункового струму навантаження, А,

Інр = 1,25 * Ір (1-19)

де Інр – номінальний струм розмикання автоматичного відмикача , А

1,25 – коефіцієнт запасу

Ір – розрахунковий струм навантаження, А.

Наприклад, для розподільчого пункту ШР7 розрахунковий струм навантаження склав 168,8 А, тоді

Інр = 1,25 * 168,8 = 211 А.

Приймаємо уставку теплового розчеплювача вхідного автомату шафи ШР7 250 А.

Аналогічно розраховуємо інші захисні апарати живлячої мережі і заносимо до таблиці 1.3 разом з вибраними кабелями.

1.6.7 Вибір перерізу живлячої лінії для конденсаторної установки виконують за струмом, який становить 1,3 Іку, А, тобто

Вибираємо кабель марки ВВГ-660 перерізом 2(3х120+1х50)

Конденсаторна установка підключається до шинопроводу через ящик силовий розриву, де захисним апаратом є запобіжник.

Струм спрацьовування запобіжника розраховують

Іпл.вст. = 1,6 Ін ку

Розрахунок живлячої мережі приведений в таблиці 1.3.

1.7 Розрахунок розподільчої мережі

1.7.1 Для запобігання надмірного нагрівання проводів і кабелів кожна ділянка електричної мережі повинна бути забезпечена захисним апаратом, який забезпечує відмикання аварійної ділянки при непередбачуваному збільшенні струмового навантаження вище за тривало допустиме. Захисними апаратами у силовій електричній мережі є запобіжники або автоматичні відмикачі, якими комплектуються розподільчі пристрої.

1.7.2 Розрахунок розподільчої мережі постає у виборі перерізу живлячих проводів та захисних апаратів для кожного окремого електроприймача.

1.7.3 Захисними апаратами на вихідних лініях у силових розподільчих шафах типу ШВР та ЯВР є автоматичний відмикач серії АЕ20. Номенклатура силових розподільчих пунктів серії ШВР розрахована на напругу 380/220 В, 50 Гц і на струми 250 і 630А.

Автоматичні відмикачі, що встановлені у розподільчих пристроях, мають номінальні струми від 63 до 250А і комбіновані розчеплювачі.

1.7.4 Номінальний струм, А, теплового розчеплювача вибирають за формулою

Ін.р. = 1,25 * Ін (1-20)

де Ін.р. – номінальний струм силового розчеплювача автомата, А;

Ін – номінальний струм захищуваної лінії (електроприймача), А;

1,25 – коефіцієнт запасу.

1.7.5 Переріз живлячих проводів вибирають за тривало допустимим струмом навантаження в залежності від ізоляції, матеріалу жил і способу прокладки відповідно до таблиць ПУЕ 1.3.4 … 1.3.22.

1.7.6 Наприклад, для поз. В1 – витяжна вентустановка – з номінальною потужність 4,0 кВт, cosц = 0,8, з = 0,9, номінальний струм, А, у лінії визначаємо за виразом

Ін =  (1-21)

Ін =  = 8,4 А

Отже вибираємо для живлення витяжної вентустановки кабель марки ВВГ – 660 перерізом 4х1,5 мм2.

1.7.7 Уставка спрацьовування теплового розчеплювача за виразом (1-2) для поз.В1

Ін.р = 1,25 * 8,4 = 10,5 А

Для автомата АЕ2046 з номінальним струмом 63,0 А у розподільчому пристрої типу ЯВР-250-121-20У3 (ШР6) приймаємо коліброване значення струму для силового розчеплювача

Ін.р. = 12,5 А

Страницы: 1, 2, 3, 4