Реферат: Проектирование внутрицехового электроснабжения

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственныйтехнический университет»

Кафедра электроснабжения горных ипромышленных предприятий

Проектированиевнутрицехового электроснабжения

Часть II. Проектирование электроснабжениясиловых электроприемников цеха

Методическиеуказания по курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Системыэлектроснабжения» для студентов всех форм обучения специальности «Электроснабжение»

Составитель Т.Л. Долгопол

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 3 от 10.02.2009

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией поспециальности 140211

Протокол № 3 от 10.02.2009

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2008

Содержание

 

Введение

3.3 Расчет электрических нагрузок

3.4 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

3.5 Выбор схемы и компоновки цеховой КТП

3.6 Выбор схемы силовой сети цеха

3.7 Выбор способов прокладки силовой сети цеха

3.8 Выбор силового электрооборудования напряжением до 1000 В

3.8.1 Выбор и проверка комплектных шинопроводов

3.8.2 Выбор силовых распределительных пунктов

3.9 Выбор сечений силовых линий

3.9.1 Выбор сечений по допустимому нагреву

3.9.2 Проверка сечений по потере напряжения

3.9.3 Проверка сечений на соответствие выбранному аппаратузащиты

3.10 Выбор защитной аппаратуры

3.11 Расчет токов короткого замыкания

3.12 Проверка правильности выбора защитной аппаратуры

4. Методические указания по выполнению графической части проекта электроснабжения электроприемников цеха

Приложение 21. Средние значения коэффициентов использования (Ки)и мощности (cosφ) для характерных группэлектроприемников

Приложение 22. Технические данные силовых трансформаторов

Приложение 23. Планы двухтрансформаторных цеховых КТП

Приложение 24. Технические характеристики магистральныхшинопроводов для сетей с глухозаземленной нейтралью напряжением до 660 В,частотой 50–60 Гц

Приложение 25. Технические характеристики комплектныхраспределительных шинопроводов для сетей с глухозаземленной нейтральюнапряжением 380/220 В, частотой 50–60 Гц

Приложение 26. Технические характеристики шкафовраспределительных с плавкими предохранителями

Приложение 27. Технические данные распределительных силовыхпунктов ПР-11

Приложение 28. Технические данные распределительных силовыхпунктов ПР8501 с трехполюсными АВ

Приложение 29. Технические данные силовых распределительныхпунктов серии ПР8503

Приложение 30. Допустимые токовые нагрузки кабелей срезиновой и поливинилхлоридной изоляцией на напряжение 0,66 кВ, 1 кВ

Приложение 31. Допустимые токовые нагрузки трехжильныхкабелей с СПЭ-изоляцией напряжением 1 кВ

Приложение 32. Длительно допустимый ток для гибких кабелей срезиновой изоляцией напряжением 1 кВ

Приложение 33. Технические характеристики предохранителей

Приложение 34. Классификация автоматических выключателей

Приложение 35. Характеристики автоматических выключателей

Введение

 

Данные методическиеуказания необходимо рассматривать как продолжение первой части «Проектированиеосветительных установок».

При проектированиивнутрицехового электроснабжения необходимо учитывать некоторые характеристикисиловых электроприемников (ЭП): режим работы, коэффициент мощности, количествофаз, род тока. В связи с этим ниже приводятся характеристики отдельных группсиловых ЭП.

Для всех ЭП важнымпоказателем является их номинальная мощность. Для электродвигателей номинальныемощности выражаются в киловаттах: для однодвигательных ЭП – pн, кВт; для многодвигательных – суммарная номинальнаямощность – Pн, кВт. Номинальной (установленной) мощностьюплавильных электропечей и сварочных установок является мощность питающих ихтрансформаторов, выраженная в киловольт-амперах (кВА). Это же относится и ктрансформаторам преобразовательных и выпрямительных агрегатов.

Основной группойпромышленных потребителей электроэнергии являются электродвигатели. В установках,не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяютсяэлектродвигатели переменного тока: асинхронные с короткозамкнутым или с фазнымротором, синхронные. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономическицелесообразнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт – синхронные;при напряжении 10 кВ и мощности до 630 кВт – асинхронные двигатели, 450 кВт ивыше – синхронные. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в мощныхэлектроприводах с тяжелыми условиями пуска.

К общепромышленнымустановкам относятся вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки и т. д. Вних применяются асинхронные и синхронные двигатели трехфазного переменного токачастотой 50 Гц напряжением от 380 В до 10 кВ. Диапазон их мощностей различен –от долей киловатта (электродвигатели задвижек, затворов, насосов подачи смазкии т. п.) до десятков мегаватт (воздуходувки доменных печей, кислородныетурбокомпрессоры). Основным агрегатам (насосы, вентиляторы) присущпродолжительный режим работы. Электродвигатели задвижек, затворов и т. п.работают в кратковременном режиме. Их коэффициент мощности находится в пределах0,8–0,85. Синхронные двигатели работают в режиме перевозбуждения.

Данная группа электроприемников относится, как правило, к I категории по надежностиэлектроснабжения. Некоторые вентиляционные и компрессорные установки относятсяко второй категории.

Наиболее многочисленной группой приемников электроэнергииявляются металлорежущие станки. Напряжение сети, питающей двигатели станков,380 или 660 В, частота 50 Гц. На станках, где требуется высокая частотавращения и регулирование скорости, применяют двигатели постоянного тока; востальных случаях – асинхронные с короткозамкнутым ротором. По надежностиэлектроснабжения станки основных цехов предприятий относят ко II категории, а вспомогательных цехов –к III категории по надежностиэлектроснабжения.

К электротехнологическим установкам относятсяэлектронагревательные и электролизные установки, установки электрохимической,электроискровой и ультразвуковой обработки металлов, электросварочноеоборудование. Наиболее распространенной группой электронагревательных установокявляются электрические печи сопротивления, которые подразделяются на печикосвенного нагрева и прямого нагрева.

Печи сопротивления получают питание от трехфазных сетейпеременного тока частотой 50 Гц, в основном напряжением 380/220 В или на болеевысокое напряжение через понижающие трансформаторы. Выпускаются печи в одно- итрехфазном исполнении, мощностью до нескольких тысяч киловатт. Характернагрузки их ровный, однако, однофазные печи для трехфазных сетей представляютнесимметричную нагрузку. Коэффициент мощности для печей прямого действия0,7–0,9, для печей косвенного действия – 1,0. Печи сопротивления относятся ко II категории по надежностиэлектроснабжения.

Индукционные плавильные печи выпускаются со стальнымсердечником и без него, мощностью до 4500 кВА. Питание индукционных печей иустановок закалки и нагрева осуществляется от трехфазных сетей переменного токачастотой 50 Гцнапряжением 380/220 В и выше в зависимости от мощности.

Индукционные плавильные печи без сердечника и установкизакалки и нагрева токами высокой частоты получают питание переменным токомчастотой до 40 МГц от преобразовательных установок, которые, в свою очередь, питаютсяот сетей переменного тока промышленной частоты.

Печи со стальными сердечниками выпускаются в одно-, двух- итрехфазном исполнении. Коэффициент мощности их колеблется в пределах 0,2–0,8 (уиндукционных установок повышенной частоты – от 0,06 до 0,25).

Все перечисленные печи и<sub/>установки индукционногонагрева относятся к приемникам IIкатегориипо надежности электроснабжения.

Дуговые электрические печи по способу нагрева разделяются напечи прямого, косвенного и смешанного нагрева. Дуговые печи получают питание отсетей переменного тока промышленной частоты напряжением до 110 кВ черезспециальные понижающие печные трансформаторы. Мощности современных дуговыхэлектропечей достигают 100–125 MBА.

В период расплавления шихты возникают частые эксплуатационныекороткие замыкания в процессе плавки и бестоковые паузы при выпуске стали иновой загрузке печи, в результате чего в питающих сетях наблюдаются толчковыенагрузки. Нагрузка от однофазных печей несимметричная. Коэффициент мощности0,85–0,95. В отношении надежности электроснабжения дуговые печи относятся кприемникам первой категории.

Вакуумные электрические печи для выплавки высококачественныхсталей и специальных сплавов относятся к приемникам особой группы первойкатегории, так как перерыв в питании вакуумных насосов приводит кдорогостоящему браку.

Электротехнологические установки, работающие на постоянномили переменном токе частотой, отличной от 50 Гц, питаются от преобразовательныхустановок, характеристики которых определяются режимом электротехнологическойустановки. Например, мощности электролизных установок для получения алюминиязависят от их производительности и достигают 150–180 МВА. Питаниепреобразовательных установок электролиза осуществляется трехфазным переменнымтоком частотой 50 Гц напряжением до 110 кВ (в зависимости от мощности).Нагрузка их равномерная, симметричная. Коэффициент мощности составляет 0,8–0,9.Электролизные установки относятся к приемникам I категории по надежности электроснабжения.

Электросварочноеоборудование питается напряжением 380 или 220 В переменного тока промышленнойчастоты.

Для дуговой сварки напеременном токе применяют сварочные трансформаторы однофазного и трехфазногоисполнения. Источником постоянного тока при сварке служат вращающиеся истатические преобразователи.

Для автоматическойдуговой сварки под слоем флюса или в защитном газе используют кактрансформаторы, так и преобразователи трехфазного исполнения на напряжение 380В.

Сварочные агрегаты дляконтактной сварки имеют однофазное исполнение.

Электросварочноеоборудование работает в повторно-кратковременном режиме работы. Однофазныесварочные приемники (трансформаторы и другие установки) дают неравномернуюнагрузку по фазам трехфазной питающей сети. Коэффициент их мощности колеблетсяв пределах 0,3–0,7. Сварочные установки по степени надежности относятся ко II категории.

Электроприводподъемно-транспортных устройств имеет повторно-кратковременный режим работы иотносится ко II категории по надежностиэлектроснабжения. На кран-балках и тельферах установлены двигатели скороткозамкнутым ротором, а на мостовых кранах – двигатели с фазным ротором.

3.3Расчет электрических нагрузок

 

До расчета электрическойнагрузки следует привести характеристики ЭП цеха согласно табл. 10.

Таблица 10 Характеристики электроприемников цеха

Обозначение

ЭП на плане цеха

Наименование

электроприем-

ников

Номинальная

мощность,

pн, кВт, sн, кВА

cosj

кпд,

η, %

Номинальный ток, Iн, А

Коэффициент использования, Kи

1 2 3 4 5 6 7

Значения коэффициентовмощности и коэффициентов использования для характерных групп электроприемниковприведены в прил. 21.

Номинальные токиэлектроприемников берутся из паспортных данных или определяются по формулам:

1)  для трехфазных электродвигателей

/>, А; (28)

2)  для многодвигательного электроприводатрехфазного исполнения

/>, А, (29)

где /> – суммарная номинальнаямощность ЭП многодвигательного привода, кВт; cosj и h – коэффициент мощности и кпд наиболее мощного ЭПданного привода;

3)  для трехфазной электрической печи,сварочного трансформатора

/>, А; (30)

4)  для однофазных электродвигателей нафазное напряжение (Uф)

/>, А; (31)

5)  для однофазных электродвигателей,подключаемых на линейное напряжение и являющихся нагрузкой двух фаз

/>, А; (32)

6)  для однофазных электрических печей,сварочных трансформаторов на фазное напряжение

/>, А; (33)

7)  для однофазных электрических печей,сварочных трансформаторов на линейное напряжение

/>, А; (34)

8)  для остальных трехфазных ЭП

/>, А; (35)

9)  для остальных однофазных ЭП на фазноенапряжение

/>, А; (36)

10) для остальныходнофазных ЭП на линейное напряжение

/>, А. (37)

Во всех формулах: Pн, Sн – номинальнаямощность ЭП (Pн – в кВт, Sн – в кВА).

Расчет электрическихнагрузок цеха и любого другого узла системы электроснабжения (силовогораспределительного пункта, распределительного или магистрального шинопровода,секции шин) необходимо произвести по методу коэффициента расчетной активноймощности (Kр). Расчетная активная мощность (Pр) – это мощность, соответствующая такой неизменнойтоковой нагрузке (Iр), котораяэквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по наибольшемувозможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения.

При расчете электрическихнагрузок цеха или другого узла питания все ЭП распределяются на характерныегруппы с одинаковыми Kи и cosj. При этом резервные ЭП в расчете неучитываются и номинальные мощности ЭП с повторно-кратковременным режимом работыне приводятся к длительному режиму (ПВ = 100 %).

Для многодвигательныхприводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данногопривода. Если среди этих электродвигателей имеются одновременно включаемые (сидентичным режимом работы), то они учитываются в расчете как один ЭП сноминальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей одновременноработающих двигателей.

Для каждой характернойгруппы ЭП определяются средние активная (Pс) и реактивная (Qс) мощности по формулам:

/>, кВт, (38)

/>, кВАр. (39)

Коэффициент расчетнойактивной мощности зависит от значения группового коэффициента использования (/>), эффективного числа ЭП<sub/>(nэ) и постоянной времени нагрева (T0).

Групповой коэффициентиспользования узла питания определяется по формуле:

/>. (40)

Эффективное число ЭПрассчитывается по формуле:

/>, (41)

где nэ – число однородных по режиму работы ЭП одинаковоймощности, которое дает то же значение расчетного максимума (Pр), что и группа из реального числа ЭП (n), различных по мощности и режимуработы; /> – суммарная установленнаямощность ЭП узла питания, кВт; /> –номинальная (установленная) мощностьi-го ЭП, кВт.

При большом числе ЭП цехадопускается определять эффективное число электроприемников по упрощеннойформуле:

/>, (42)

где /> – номинальная мощностьнаиболее мощного ЭП цеха.

Найденное по формулам(41) или (42) nэ округляется до ближайшего меньшегоцелого числа.

Постоянные временинагрева принимаются следующие:

- /> – для сетей напряжением до 1 кВ,питающих распределительные пункты и шинопроводы, щиты. Значения Kр для этих сетей в зависимости от /> и nэ принимаются по табл. 11;

- /> – для магистральных шинопроводов ицеховых трансформаторов; значения Kрпринимаются по табл. 12.

Таблица 11 Значениякоэффициентов расчетной нагрузки Kр для питающих сетей напряжением до 1000 В

nэ

Коэффициент использования Kи гр.

0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 8,00 5,33 4,00 2,67 2,00 1,60 1,33 1,14 1,0 2 6,22 4,33 3,39 2,45 1,98 1,60 1,33 1,14 1,0 3 4,05 2,89 2,31 1,74 1,45 1,34 1,22 1,14 1,0 4 3,24 2,35 1,91 1,47 1,25 1,21 1,12 1,06 1,0 5 2,84 2,09 1,72 1,35 1,16 1,16 1,08 1,03 1,0 6 2,64 1,96 1,62 1,28 1,11 1,13 1,06 1,01 1,0 7 2,49 1,86 1,54 1,23 1,12 1,10 1,04 1,0 1,0 8 2,37 1,78 1,48 1,19 1,10 1,08 1,02 1,0 1,0 9 2,27 1,71 1,43 1,16 1,09 1,07 1,01 1,0 1,0 10 2,18 1,65 1,39 1,13 1,07 1,05 1,0 1,0 1,0 11 2,11 1,61 1,35 1,1 1,06 1,04 1,0 1,0 1,0 12 2,04 1,56 1,32 1,08 1,05 1,03 1,0 1,0 1,0 13 1,99 1,52 1,29 1,06 1,04 1,01 1,0 1,0 1,0 14 1,94 1,49 1,27 1,05 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0 15 1,89 1,46 1,25 1,03 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 16 1,85 1,43 1,23 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 17 1,81 1,41 1,21 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 18 1,78 1,39 1,19 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 19 1,75 1,36 1,17 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 20 1,72 1,35 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 21 1,69 1,33 1,15 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 22 1,67 1,31 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 23 1,64 1,30 1,12 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 24 1,62 1,28 1,11 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 25 1,6 1,27 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 30 1,51 1,21 1,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 35 1,44 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 40 1,4 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 45 1,35 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 50 1,3 1,07 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 60 1,25 1,03 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 70 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 80 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 90 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 100 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Таблица 12 Значениякоэффициентов расчетной нагрузки Kр на шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводовнапряжением до 1 кВ

nэ

Коэффициент использования Kи гр.

0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 и более 1 8,00 5,33 4,00 2,67 2,00 1,60 1,33 1,14 2 5,01 3,44 2,69 1,9 1,52 1,24 1,11 1,0 3 2,94 2,17 1,8 1,42 1,23 1,14 1,08 1,0 4 2,28 1,73 1,46 1,19 1,06 1,04 1,0 0,97 5 1,31 1,12 1,02 1,0 0,98 0,96 0,94 0,93 6–8 1,2 1,0 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 9–10 1,1 0,97 0,91 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 10–25 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85 0,85 0,9 0,9 25 – 50 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,8 0,85 0,85 Более 50 0,65 0,65 0,65 0,7 0,7 0,75 0,8 0,8

Расчетная активнаямощность узла питания определяется по формуле:

/>, кВт. (43)

Расчетная реактивнаямощность для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от nэ определяется по формулам:

при /> />, кВАр; (44)

при /> />, кВАр. (45)

Расчетная реактивнаямощность для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторныхподстанций независимо от nэ определяетсяпо формуле:

/>, кВАр. (46)

Полная расчетная мощностьузла питания

/>, кВА. (47)

На шинах низкогонапряжения цеховой КТП при совместном питании силовой и осветительной нагрузкиполная расчетная мощность определяется по формуле:

/>, кВА. (48)

Расчетный ток узлапитания

/>, А. (49)

При определении расчетныхнагрузок цеха и отдельных узлов питания следует пользоваться табл. 13.

При определении расчетнойнагрузки цеха или другого узла питания необходимо учесть наличие однофазныхэлектроприемников.

При наличии одногооднофазного ЭП и включении его на фазное напряжение он учитывается какэквивалентный трехфазный ЭП номинальной мощностью:

/>, (50)

где pн.о, qн.о – активная и реактивная мощностиоднофазного ЭП.

При включении однофазногоЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный ЭП номинальноймощностью

/>. (51)

При наличии группыоднофазных ЭП они должны быть распределены по фазам. Далее определяетсянагрузка каждой фазы от однофазных ЭП суммированием установленной мощ-ностиоднофазных ЭП, подключенных на фазное напряжение, и