Выбор силового трансформатора

Оглавление

Введение                3

1. Расчётная часть              4

1.1. Характеристика учебных мастерских          4

1.2. Выбор рода тока и напряжения            6

1.3. Выбор схемы и способа выполнения силовой сети          6

1.4. Расчёт электрических нагрузок           7

1.5. Расчёт нагрузки освещения          13

2. Расчёт мощности компенсирующих устройств                                           14

3. Выбор силового трансформатора                                                               15

3.1. Расчет потерь мощности в трансформаторах и технико-экономическое сравнение                                                                                                                  16

4. Выбор проводников, коммутационных и защитных аппаратов             19

5. Расчет трехфазного тока КЗ ВН                                                                     27

6. Расчёт токов КЗ НН и проверка элементов схемы электроснабжения   30

7. Выбор оборудования ВН для трансформатора                                           38

8. Расчёт контура заземления                                                                          41

9. Ведомость оборудования и материалов                                                        44

Заключение             45

Литература              46

 

 

Введение

 

Системой электроснабжения называют комплекс устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий обеспечивают электроэнергией  промышленные потребители.

Основными потребителями являются электроприводы различных машин  и механизмов, электрическое освещение, электрические печи и нагревательные устройства.

Работа промышленных электроприводов  и других потребителей должна находиться в строгом соответствии как с  отдельными электроприемниками так и с комплексами электроприводов, обеспечивающими работу сложных механизмов.

Работа приемников электроэнергии зависит от ее качества. Качество электроэнергии и, в частности, например: отклонение напряжения, вызывает изменение скорости движения электроприводов, что уменьшает  или увеличивает производительность механизмов. Это обстоятельство может  привести к браку, или даже к полной остановке технологического процесса.

Влияние системы электроснабжения на производственный процесс очень  велико. Достаточно сказать, что производственный процесс во многом определяется показателями системы промышленного электроснабжения и электроприводов, которые обеспечивают нормальный режим работы всего предприятия.

В силу изложенного в интересах  нормальной работы промышленного предприятия  необходимо достаточно полное знание комплекса вопросов электроснабжения.

В данной работе поставлена задача, разработать  систему электроснабжения, которая  отвечала бы современным требованиям  по эксплуатации. 

Расчётная часть

1. Характеристика учебных мастерских

 

Учебные мастерские (УМ) предназначены  для практической подготовки обучаемых. Они являются неотъемлемой частью учебно-материальной базы предприятия.

Кроме того, УМ можно использовать для выполнения несложных заказов  силами учащихся нуждающимся организациям.

В учебных мастерских предусматривается  наличие производственных, учебных, служебных и бытовых помещений.

ЭСН мастерских осуществляется от ТП, расположенной на расстоянии 50м от здания.

ТП подключены к подстанции глубокого  ввода (ПГВ), установленной в 4 км от нее, напряжение 10 кВ. Потребители ЭЭ относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН. Учебно-подготовительный процесс  –  односменный. Основные потребители  ЭЭ – станки различного назначения.

Грунт в районе цеха – супесь с  температурой +20 °С. Каркас здания и  ТП сооружен из блоков-секций длиной 6 и 8 м каждый.

Размеры цеха AxBxH=40x30x9 м, все помещения  двухэтажные высотой 4м.

Перечень ЭО учебных мастерских дан в таблице 1.1.

Мощность электропотребления (P_эн) указана для одного электроприемника.

Расположение основного ЭО УМ показано на плане (рис.1.1).

 

 

 

 

Таблица 1.1. Перечень ЭО учебных мастерских.

№ на плане	Наименование  электроприемников	Рэп, кВт	Ки	cosφ	Примечание
1…3	Деревообрабатывающие станки	12,5	0,2	0,5
4…7	Заточные станки	2,8	0,14	0,5	1-фазные
8…11	Сверлильные станки	3,5	0,14	0,5
12	Вентилятор вытяжной	7,2	0,7	0,8
13	Вентилятор приточный	8,5	0,7	0,8
14…17	Сварочные агрегаты	18 кВА	0,5	0,7	1-фазные  ПВ=60%
18…21	Токарные станки	6,3	0,14	0,5
22…25	Круглошлифовальные станки	4,8	0,13	0,5
26…28	Фрезерные станки	7,5	0,14	0,5
29…33	Болтонарезные станки	2,5	0,14	0,5
34…38	Резьбонарезные станки	6,2	0,14	0,5

 

Рис. 1.1. План учебных мастерских.  

2. Выбор рода тока и напряжения

 

Приёмники электрической энергии  современных промышленных предприятий  могут быть подразделены на группы, различающиеся по мощности, режиму работы, напряжению, роду тока.

Большая часть электроприёмников – электродвигатели производственных механизмов, электрическое освещение, электрические печи, электросварочные установки – являются, как правило, потребителями трёхфазного переменного тока промышленной частоты- 50 Гц.

Согласно ГОСТ 721-62, номинальные  линейные напряжения электрических  сетей в электроустановках до 1000 В должны соответствовать при трёхфазном переменном токе: 220, 380, 660 В.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют установки  переменного напряжения 380/220В с глухо – заземлённой нейтралью. Выбор данного напряжения и рода тока обеспечивает возможность использования общих трансформаторов для питания силовой и осветительной нагрузки, а также снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях - по сравнению с напряжением 220/127В.

Указанное напряжение следует применять  во всех случаях, где этому не препятствуют какие – либо местные условия  и если технико–экономическими расчётами не доказана целесообразность применения более высокого напряжения. Наибольшая мощность трёхфазных электроприёмников, питаемых от системы напряжением 380 / 220В, не должна превышать величины, допускающей применение контакторов на ток 600 А.

3. Выбор схемы и способа выполнения силовой сети

 

Схема электроснабжения должна обеспечивать надежность питания потребителей, быть удобной в эксплуатации.

Схемы электрических сетей могут  быть радиальными и магистральными.

Выбираем радиальную схему электроснабжения.

Радиальные схемы применяются  в основном в тех случаях, когда  нагрузки расположены в различных  направлениях от центра питания.

К преимуществам радиальных схем относятся  простота выполнения и надежность эксплуатации электрической сети, возможность  применения быстродействующей защиты и автоматики.

4. Расчёт электрических нагрузок

 

Расчет электрических нагрузок для группы электроприемников произведем методом коэффициента максимума.

Разбиваем электроприемники цеха на группы. Разбиение электроприемников прослеживается на схеме цеха, а также на схеме электрических соединений.

Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену:

 

,       (1.1)

где  P_н - установленная мощность группы ЭП;

n - количество ЭП одинаковой мощности.

Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

 

Q_см = P_см ∙tgj ,    (1.2)

где  tgj=tg(arccosj).

Показатель  силовой сборки:

 

,      (1.3)

где  P_Нmax – номинальная мощность наиболее мощного ЭП в группе;

        P_Нmin – номинальная мощность наименее мощного ЭП в группе.

Средневзвешенный коэффициент  использования:

 

;            (1.4)

 

Если число ЭП в группе n≥5, К_Иср.≥0,2 и m<3, то эффективное число ЭП в группе n_э равно числу ЭП в группе n.

Если число ЭП в группе n<5, К_Иср.≥0,2 и m≥3, то эффективное число ЭП в группе:

 

,     (1.5)

Если число ЭП в группе n≥5, К_Иср.≥0,2 и m≥3, то эффективное число ЭП в группе:

 

 n_э=n      (1.6)

Если число ЭП в группе n≥5, К_Иср.<0,2 и m≥3, то эффективное число ЭП в группе:

 

 n_э=,      (1.7)

где  определяется как функция зависимости от ;

где  - отношение числа ЭП с единичной мощностью больше или равной половине наибольшей к числу ЭП в группе;

- относительная мощность наибольших по мощности ЭП.

Если число электроприемников в группе n≥5, К_Иср.<0,2 и m<3, то эффективное число электроприемников в группе не определяется, а:

 

,     (1.8)

где  К_З – коэффициент загрузки;

К_З = 0,75 - для повторно-кратковременного режима;

К_З = 0,9 - для длительного режима;

К_З = 1 - для автоматического режима.

 

Максимальная активная нагрузка:

 

,                                 (1.9)

где  К_м –коэффициент максимума активной нагрузки, определяемый по таблице 1.5.3 [1].

Максимальная реактивная нагрузка:

 

Q_м = К’_м ∙ SQ_см ,   (1.10)

где   К’_м - коэффициент максимума реактивной нагрузки;

при n_э≤10: К’_м =1,1; при n_э >10: К’_м =1.

 

Максимальная полная нагрузка:

 

.                          (1.11)

 

Сварочные агрегаты являются однофазными  электроприемниками с ПВ 60%. Номинальная мощность сварочного агрегата определяется по формуле:

 

         (1.12)

 

 

Нагрузка 1-фазного сварочного агрегата, включенного на линейное напряжение приводится к условной 3-х фазной мощности считаем:

1. Определяем активную мощность наиболее загруженную фазу:

Р_в=Р_ф.нб=2Р_у=2·9,76=19,52 кВт;

2. Определяем активную мощность наименее загруженных фаз:

Р_а=Р_с=Р_ф.нм.= 1,5·9,76=14,64 кВт;

3. Определяем коэффициент неравномерности:

(19,52-14,64)/14,64=33%

При Н > 15% и включении на фазное напряжение:

∑Р_н =3·Р_ф.нб =3·19,52=58,56 кВт.

 

Аналогично находим нагрузку 1-фазного  заточного станка, включенного на линейное напряжение приводится к условной 3-х фазной мощности считаем:

1. Определяем активную мощность наиболее загруженную фазу:

Р_в=Р_ф.нб=2Р_у=2·2,8=5,6 кВт;

2. Определяем активную мощность наименее загруженных фаз:

Р_а=Р_с=Р_ф.нм.=1,5·2,8 =4,2 кВт;

3. Определяем коэффициент неравномерности:

(5,6-4,2)/4,2=33%

При Н > 15% и включении на фазное напряжение:

∑Р_н =3·Р_ф.нб =3·5,6=16,8 кВт.

 

По данным в справочнике [1], для  каждого из ЭП находим коэффициент  использования К_и (табл. 2.45 [1]) и коэффициент мощности cosj (табл. 2.21 [1]) и заносим в табл.1.1.

 

В качестве примера приведем расчет нагрузки распределительного щита  РЩ-1, к которому подключены 11 электроприемников.

Суммарная активная номинальная мощность:

∑P_н = 6,3∙4+4,8∙4+7,5∙3=66,9 кВт.

Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену:

∑P_см = 0,14∙6,3∙4+0,13∙4,8∙4+0,14∙7,5∙3=9,18 кВт.

Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

∑Q_см = 9,18∙1,73=15,9 кВАр.

Показатель  силовой сборки:

m= 7,5/4,8=1,56.

Средневзвешенный коэффициент  использования:

.

Так как n≥5, К_Иср.<0,2 и m<3, то эффективное число электроприемников в группе не определяется, а максимальную активную нагрузку находим по коэффициенту загрузки.

Максимальная активная нагрузка:

P_м = 0,9 ∙66,9=60,21 кВт.

Максимальная реактивная нагрузка:

Q_м = 1 ∙ 15,9=15,9 кВАр.

Максимальная полная нагрузка: