2 Выбор рода тока и напряжения

В большинстве случаев на промышленных предприятиях применяется переменный ток. Применение постоянного или выпрямленного тока должно быть экономически и технически обосновано.

Выбор того или иного напряжения определяет построение всей СЭС промышленного предприятия. Для внутрицеховых электрических сетей наибольшее распространение имеет напряжение 380/220В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных электрических приемников. Наибольшая единичная мощность трехфазных электрических приемников питающихся от системы напряжений 380/220В, не должна превышать 200-250кВт, допускающих применение коммутирующей аппаратуры на ток до 630 А. Для питания предприятий малой мощности и в распределительных сетях внутри предприятия используется напряжение 6 и 10 кВ, причем напряжение 10 кВ является более предпочтительным. 6 кВ целесообразно использовать тогда, когда предприятие получает питание от промышленных ТЭЦ или при наличии большого числа потребителей напряжения 6 кВ. Эти сети выполняются с изолированной нейтралью.

В особоопасных помещениях для питания осветительных сетей и переносных приемников используют напряжение 12, 36 и 42 В.

Выбор источника оперативного тока зависит от назначения, характера работы и ответственности электроприемников, питаемых от проектируемой установки.

Для питания электромагнитов включения могут быть применены источники постоянного и выпрямленного тока.

В настоящее время для питания электромагнитов включения выключателей от выпрямленного тока наиболее целесообразно применять устройство комплектного питания (УКП) состоящее из 2 частей, за­ключенных в отдельные ящики: УКП-1, содержащего катушку индуктивности, с выпрямительным устройством БПРУ-66; и УКП-2, содержащего катушку индуктивности, в которой происходит накопление электромагнитной энергии, и системы коммутации, которая обеспечивает быстрое подключение этой катуш­ки к электромагниту выключателя в случае выключения его при К.З., сопровождающемся резким снижением напряжения питающей сети. Это повышает надёжность питания приводов выключателей. Недостатком источников выпрямленного тока является их зависимость от сети переменного тока. Поэтому наиболее надежными и удобными для получения постоянного оперативного тока являются аккумуляторные батареи.

3 Расчет электрических загрузок

Формулы и коэффициенты, используемые при расчёте:

P_сум=N ∙ P_н ,

где Р_сум.- суммарная мощность электроприёмников, кВт,

N - количество электроприёмников, шт.,

Р_н - номинальная мощность электроприёмников, кВт.

Р_см =К_и ∙ Р_сум.,

где Р_см - сменная активная мощность, кВт,

К_и - коэффициент использования.

Q_см=Р_см ∙ tgφ,

где Q_см - сменная реактивная мощность, кВАр.

К_{и. ср.}= ,

где К_{и. ср.} - средневзвешенный коэффициент использования.

n_э= ,

где n_э - эффективное число электроприёмников, шт.,

Р_н.max.- номинальная мощность самого мощного ЭП, кВт.

Р_р=К_р ∙ ∑ Р_см,

где К_р – коэффициент максимума расчетной нагрузки,

Р_р - расчётная активная мощность, кВт.

Q_р=К_р ∙ ∑ Q_см ,

где Q_р - расчетная реактивная мощность, кВАр.

S_р= ,

где S_р- полная расчётная мощность, кВА.

Р_дл=S_н∙ cosφ ∙ ,

где Р_дл - мощность, приведённая к длительному режиму, кВт,

S_н – паспортная мощность сварочного трансформатора, кВА,

ПВ - продолжительность включения, %.

Р_дл=ΣP_н ∙ ,

где Р_н – номинальная мощность каждого кранового двигателя, кВт.

Результаты вычислений сводятся в таблицы 1,2

Таблица 1- Результаты расчета электрических нагрузок

Наименование групп приёмников	n, шт	Pн,кВт		kи	Pсм, кВт	cosφ	QСМ, кВАр	nэ, шт	kP	Pр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
		одного	группы			tgφ
Компрессор	4	45	180	0,70	126	0,8	94,5
						0,75
Электрофильтр	4	22	88	0,40	35,2	0,87	19,,71
						0,57
Транспортёр	6	15	90	0,55	49,5	0,75	43,56
						0,88
Ректификатор	6	37	222	0,60	133,,2	0,75	117,22
						0,88
Кран-балка (2×11;2×15) ПВ=25%	4	26	104	0,40	41,6	0,50	71,07
						1,73
Насос	4	75	300	0,70	210	0,80	157,5
						0,75
Насос	2	132	264	0,70	184,8	0,80	138,6
						0,75
Машина точечной сварки, ПВ=40%,S=63кВА	4	23,81	95,24	0,35	33,33	0,60	44,33
						1,33
Станки металлорежущие	8	18,5	148	0,12	17,75	0,40	40,5
						2,28
Итого на н.н. без освещения	42		1491,24	0,60	831,39		727,89	22	1	831,39	727,89	1105,003
Освещение			40	0,90		0,95				36	11,88
						0,33
Итого на н.н. с освещением										867,4	739,77	1140,02
Компенсация											-600

П родолжение таблицы 1

Наименование групп приёмников	n, шт	Pн,кВт			kи		Pсм, кВт		cosφ		QСМ, кВАр		nэ, шт		kP		Pр, кВт		Qр, кВАр		Sр, кВА
		одного	группы	tgφ
Итого с компенсацией																867,4		139,77		878,59
Потери в тр-рах																9,98		53,05
Итого с потерями и компенсацией																877,38		192,82		898,32
Вентилятор главного проветривания	2	800	1600	0,5		800		0,9		-384				1		800		-384
								0,48
Итого на н.н. и на в.н.																1677,38		-191,18		1688,24

Таблица 2- Результаты расчёта нагрузок шкафа ШР1

Наименование групп приёмников	n, шт	Pн,кВт		kи		Pсм, кВт		cosφ		QСМ, кВАр		nэ, шт		kP		Pр, кВт		Qр, кВАр		Sр, кВА
		одного	группы
								sinφ
Компрессор	1	45	45		0,70		31,5		0,80		23,625
									0,75
Электрофильтр	1	22	22		0,40		8, 8		0,87		5,016
									0,57
Транспортёр	1	6,78	6,78		0,50		3,39		0,70		3,46
									1,02
Ректификатор	2	15	30		0,20		6		0,75		5,28
									0,88
Кран-балка(2×11,2×15)ПВ=25%	3	7,5	22,5		0,65		14,62		0,80		10,96
									0,75
Машина точечной сварки,ПВ =40%,S=63кВА	2	22	44		0,30		13,2		0,60		17,55
									1,33
Станки металлорежущие	2	18,5	37		0,12		4,44		0,4 2,28		10,12
Итого	9		220,81		0,445		102,17				101,9		9		1,07		109,332		112,09		156,57

4 Расчет, выбор и проверка сетей низкого напряжения. Защита их от действия токов КЗ и перегрузки

Выбор электросетей от РУ – 0,4 кВ до ШР1

Используемые формулы:

I_p= S_p / ( ∙ U_н) ,

где I_p - расчетный ток при нормальном режиме работы, А,

U_н - номинальное напряжение, кВ.

I_p=156,57/ ( ∙ 0,38)= 238,17 А

I_расц = I_p / 0,85 ,

где I_расц - расчетный ток расцепитель, А.

I_расц = 238,17/ 0,85 = 280,2 А

Выбирается автомат по условию:

I_{н расц} ≥ I_расц ,

где I_{н расц} - номинальный ток расцепителя автомата, А.

320 А> 280,2 А

Автомат DPX™ - 160 I_{н расц} =320 А

Выбирается токовая отсечка автомата:

I_отс ≥ 1,25 ∙ I_пик ,

I_пик=I_{пуск max} + I_p – k_и ∙ I_{р max} ,

где I_{пуск max} – пусковой ток максимального по мощности двигателя, А,

I_{р max} – расчётный ток максимального по мощности двигателя, А.

I_пик=537,3 + 280,2 – 0,7 ∙ 89,55 = 790,8 А

988,5 А > 840,6 А

Выбирается кабель по условию:

I_д ≥ I_{н расц} ∙ k_з ,

где I_д - длительный допустимый ток кабельной линии,А,

k_з – коэффициент защиты.

241 >238,17

Выбирается кабель ВВГ(3×120+1×70) I_д=241 А.

Выбор автомата от ШР1 до компрессора:

Используемые формулы:

I_p = P_н / ( ∙ U_н ∙ cosφ ∙ ŋ),

где P_н - номинальная мощность двигателя, кВт,

ŋ - КПД двигателя.

I_p = 45 / ( ∙ 0,38 ∙ 0,84 ∙ 0,91) = 89,55 А

I_расц = I_p / 0,85

I_расц = 89,55 / 0,85 = 105,35 А

Выбирается автомат по условию:

I_{н расц} ≥ I_расц ,

125 А > 105,35 А

Автомат DPX™ - 250 I_{н расц} =125 А

Выбирается токовая отсечка автомата:

I_пуск=89,55 ∙ 6= 537,3 А

I_отс ≥ 1,25 ∙ I_пуск

I_отс ≥ 1,25 ∙537,3

750 А > 671,625 А

Выбирается кабель по условию:

I_д ≥ I_{н расц} ∙ k_з ,

141 А>125 А

Выбирается кабель ВВГ(3×35+1×16) I_д=141 А.

Выбор автомата от ШР1 до электрофильтра:

Используемые формулы:

I_p = P_н / ( ∙ U_н ∙ cosφ ∙ ŋ) ,

где P_н - номинальная мощность двигателя,кВт,

ŋ - КПД двигателя.

I_p = 22 / ( ∙ 0,38 ∙ 0,9 ∙ 0,9) = 41,31 А

I_расц = I_p / 0,85

I_расц = 41,31/ 0,85 = 48,6 А

Выбирается автомат по условию:

I_{н расц} ≥ I_расц ,

50 А > 48,6 А

Автомат DPX™ - 125 I_{н расц} =50 А

Выбирается токовая отсечка автомата:

I_пуск=41,31 ∙ 6,5 = 268,515 А

I_отс ≥ 1,25 ∙ I_пуск

I_отс ≥ 1,25 ∙268,515

400 А > 335,64 А

Выбирается кабель по условию:

I_д ≥ I_{н расц} ∙ k_з ,

61,38 А>50 А

Выбирается кабель ВВГ(4×10) I_д=66 А.

Выбор плавкого предохранителя от ШР1 до транспортёра:

Используемые формулы:

I_p = P_н / ( ∙ U_н ∙ cosφ ∙ ŋ) ,

где P_н - номинальная мощность двигателя ,кВт,

ŋ - КПД двигателя.

I_p = 15 / ( ∙ 0,38 ∙ 0,87 ∙ 0,875)=29,97 А

I_пуск = k_п ∙ I_р ,

где I_пуск – пусковой ток двигателя, А,

k_п – коэффициент пуска двигателя.

I_пуск = 6 ∙ 29,97 = 179,82 А

I_{пл в} = I_пуск / α ,

где I_{пл в} – ток плавкой вставки, А,

α – коэффициент, зависящий от условий пуска.

I_{пл в} = 179,82/ 2,5 = 71,93 А

I_{н пл в} ≥ I_{пл в}

125 > 100,04

Выбирается предохранитель gG I_{н пл в} =80 А,

Выбирается кабель по условию:

I_д ≥ I_{н пл в} ∙ k_з ,

34,41 А > 26,4 А

Выбирается кабель ВВГ(4×4) I_д=34,41 А.

Выбор автомата от ШР1 до кран-балки

Используемые формулы:

I_p = P_н / ( ∙ U_н ∙ cosφ ∙ ŋ) ,

где P_н - номинальная мощность двигателя, кВт,

ŋ - КПД двигателя.

I_p = 26 / ( ∙ 0,38 ∙ 0,9 ∙ 0,905) = 48,6 А

I_пуск = k_п ∙ I_р ,

где I_пуск – пусковой ток двигателя, А,

k_п – коэффициент пуска двигателя.

Выбирается автомат типа DPX^TM-125,I_н.расц. = 63 А

Выбирается токовая отсечка автомата:

I_пуск = 6,5 ∙ 48,6 = 315,9 А

I_отс ≥ 1,25 I _пуск

I_отс ≥ 1,25 ∙ 315,9

504 А ≥ 394,9 А

Выбирается кабель по условию:

I_д ≥ I_н.расц. ∙ k_з ,

80,9 А > 63 А

Выбирается кабель ВВГ(4×16) I_д=80,9 А.

Выбор автомата от ШР1 до машины точечной сварки:

Используемые формулы:

I_p = S_нт / ( ∙ U_н) ,

где S_нт - номинальная мощность сварочного аппарата, кВт,

I_p = 63 / ( ∙ 0,38) = 95,7 А

I_расц. =95,7/0,85 = 112,6 А ,

Выбирается автомат типа DPX^TM-125,I_н.расц. = 125 А

125 А ≥ 112,6 А

Выбирается кабель ВВГ(3×35 +1×16),I_доп = 141 А

I_доп ≥ I_р,

141 А > 95,7 А

I_доп ≥ k_з ∙ I_н.расц.

141 А > 125 А

В ыбирается автомат от ШР1 до ректификатора:

Используемые формулы:

I_p = P_н / ( ∙ U_н ∙ cosφ ∙ ŋ) ,

где P_н - номинальная мощность двигателя, кВт,

ŋ - КПД двигателя.

I_p = 37/( ∙ 0,38 ∙ 0,89 ∙ 0,,91) = 69,5 А

Выбирается автомат DPX^ТМ – 125,I_н.расц. = 100 А,

I_пуск = k_п ∙ I_р ,

где I_пуск – пусковой ток двигателя, А,

k_п – коэффициент пуска двигателя.

I_пуск = 6,5 ∙ 69,5 = 451,75 А

Выбирается токовая отсечка автомата:

I_отс. ≥ 1,25 I_пуск

I_отс. ≥ 1,25 ∙ 451,75

I_отс. = 6 ∙ I_н.расц.

600 А > 564,7 А

Выбирается кабель по условию :

I_доп ≥ I_р

I_доп = 115 А

115 А ≥ 69,5 А

I_доп ≥ k_з ∙ I_н.расц.

115 А ≥ 100 А

Выбирается кабель ВВГ(3×35 +1×16),I_доп = 115 А

Выбирается автомат от ШР1 до металлорежущих станков:

Используемые формулы:

I _p = P_н / ( ∙ U_н ∙ cosφ ∙ ŋ) ,

где P_н - номинальная мощность двигателя, кВт,

ŋ - КПД двигателя.

I_p = 37 / ( ∙ 0,38 ∙ 0,9 ∙ 0,83) = 75,3 А

Выбирается автомат DPX^TM – 125, I_н.расц. = 100 А,

I_пуск = k_п ∙ I_р ,

где I_пуск – пусковой ток двигателя, А,

k_п – коэффициент пуска двигателя.

I_пуск = 6 ∙ 75,3 = 451,8 А

Выбирается токовая отсечка автомата:

I_отс ≥ 1,25 I_пуск

I_отс ≥ 1,25 ∙ 451,8

I_отс ≥ 564,75 А

I_отс = 6 ∙ I_н.расц.

600 А ≥ 564,75 А

Выбирается кабель по условию:

I_доп ≥ I_р

I_доп = 115 А

115 А ≥ 75,3 А

I_доп ≥ k_з ∙ I_н.расц.

115 А ≥ 100 А

Выбирается кабель ВВГ(3×35 +1×16),I_доп = 115 А

Выбор электросетей от РУ – 0,4 кВ до щита освещения

Используемые формулы:

I_p = P_осв / 2( ∙ U_н ∙ cosφ),

где P_осв - номинальная мощность ламп кВт,

I_p = 36 / 2( ∙ 0,38 ∙ 0,95) = 28,82 А

I_расц = I_p / 0,85

I_расц = 28,82 / 0,85 = 33,9 А

Выбирается автомат по условию:

I_{н расц} ≥ I_расц

40 А  33,9 А

Выбирается автомат DPX™ - 125 ,I_н.расц. = 40 А

Выбирается кабель по условию:

I_д ≥ I_{н расц} ∙ k_з ,

44 А > 40 А

Выбирается кабель ВВГ(4×6) ,I_д=44 А.

Результаты вычислений сводятся в таблицы 3,4

Таблица 3 – Расчёт, выбор и проверка сетей н.н.

Наименование	Рн кВт	Ip , А	Iрасц , А	Тип автомата	Iн расц , А	Iпуск , А	Iотс, А	Iд , А	Марка и сечение кабеля
Компрессор	45	89,55	105,35	DPX™ - 250	125	537,3	750	141	ВВГ (3×35+1×16)
Электро- фильтр	22	41,31	48,6	DPX™ - 250	50	268,515	400	66	ВВГ (4×10)
Кран-балка (2×11;2×15) ПВ=25%	26	48,6	57,2	DPX™ - 125	63	315,9	504	87	ВВГ (4×16)
Машина точечной сварки ПВ=40% Sнт=63кВА	23,81	95,7	112,6	DPX™ - 125	125			141	ВВГ (3×35+1×16)
Ректифика- тор	37	69,5	81,8	DPX™ - 125	100	451,75	600	115	ВВГ (3×25+1×16)

П родолжение таблицы 3.

Металлорежущие станки	37	75,3	88,6	DPX™ - 125	100	451,8	600	115	ВВГ (3×25+1×16)
Щит освещения	36	28,82	33,9	DPX™ - 125	40			44	ВВГ(4×16)

Таблица 4 – Расчёт, выбор и проверка сетей н.н.

Наименование	Рн кВт	Ip , А	Iпуск , А	Iпл в , А	Тип автомата	Iн пл в . А	Iд , А	Марка и сечение кабеля
Транспортёр	15	29,97	179,82	71,93	gG	80	34,41	ВВГ(4×4)

5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Мощность силовых трансформаторов определяется по формуле:

S_т = Р_р / ( β_Т ∙ N ),

где S_т - расчётная мощность трансформатора, кВА,

N - количество трансформаторов, шт.,

β_Т - оптимальный коэффициент загрузки трансформатора.

S_т = 867,4/ ( 0,7 ∙ 2 ) =619,6 кВА

Выбирается трансформатор по условию:

S_{н т} ≥ S_т

где S_{н т} - номинальная мощность трансформатора,

630 > 619,6

Проверяется выбранный трансформатор на перегрузочную способность в аварийном режиме при отключении второго трансформатора и необходимости обеспечить электроснабжение потребителей первой и второй категорий с допустимой перегрузкой трансформатора на 40%.

1,4 ∙ S_нт ≥ 0,75 ∙ S_Р

882 > 464,7

Выбирается трансформатор ТСЗ - 630/10-У3, S_{н т} = 630 кВА,

Параметры трансформатора :

I_хх = 1,3%, Р_хх = 1350 Вт,

U_кз= 6 %, Р_кз = 7500 Вт,

Определяется фактический коэффициент загрузки:

β_ф = S_Р / ( S_{н т} ∙ N ),

где β_ф - фактический коэффициент загрузки трансформатора,

β_ф = 1140,02 / ( 630 ∙ 2 ) = 0,905

β_ф ʹ= S_р. ʹ/ ( S_{н т} ∙ N ),

где β_фʹ - фактический коэффициент загрузки трансформатора с

учётом компенсации,

S_р. ʹ– полная расчётная мощность с учётом компенсации, кВА.

β_фʹ = 878,59/ ( 630 ∙ 2 ) = 0,697

Определяются потери мощности в трансформаторе с учётом полученного коэффициента.

∆Р= (Р_кз∙ β_фʹ ² + Р_хх) ∙ N,

∆Р= (7,5 ∙ 0,697 + 1,35) ∙ 2 = 16,605 кВт

∆Q= (U_кз ∙ β_фʹ ² + I_хх) ∙ S_нт /100 ∙ N,

∆Q= (6∙ 0,69 + 1,3) ∙ 630/100 ∙ 2 = 78,372 кВАр

По мощности трансформатора выбирается автоматический выключатель на стороне 0,4 кВ.

I_p= S_нт / ( ∙ U_н),

I_p= 630/ ( ∙ 0,38) = 894,9 А

I_расц = I_p / 0,85,

I_расц = 1519,34 / 0,85 = 1052,82 А

I_{н расц} ≥ I_расц

1250 > 1052,82

Автомат DMX - 2500 I_{н расц} = 1250 А

Выбираются шины для трансформатора из условия:

I_д ≥ I_{н расц.} ∙ k_з ,

где I_д - допустимый ток для данных шин А,

k_з - коэффициент запаса равный 1.

1320 > 1250

Выбирается шина Al (80×8), I_д = 1320 А

Проверяются шины на динамическую устойчивость:

F=1,76 ∙ i_уд² ∙ l ∙10 ^-2/ a ,

где F - сила взаимодействия между шинами , кг,

i_уд - ударный ток короткого замыкания, протекающий в шинах, кА,

l - длина пролета, см,

a - расстояние между шинами, см.

F=1,76 ∙ 27,61 ² ∙ 100 ∙10 ^-2/ 10 = 134,167 кг

M=F ∙ l/10 ,

где М - максимальный изгибающий момент, действующий на шину, кг∙см,

M=304,28 ∙ 100 / 10 = 1341,67 кг∙см

W=h ² ∙ b / 6 ,

где W - момент сопротивления материала сечения, см ,

b - толщина шины, см,

h - ширина шины, см.

W=8 ² ∙ 0,8 / 6=8,53 см³

σ_расч=M / W ,

где σ_расч - расчётное напряжение в материале шин от изгиба, кг/см²,

σ_расч=1341,67 / 8,53 = 157,3 кг/см²

σ_доп. ≥ σ_расч,

где σ_доп. - допустимое напряжение в материале шин от изгиба, кг/см².

700 > 157,3

Выбираются изоляторы ОФ-1-750 по условию

F_доп. ≥ 0,6 F_разр.

450 > 82,3