Проектування електропостачання цеху металорізальних верстатів

 

До технічних  засобів компенсації реактивної потужності ставляться: конденсаторні  батареї, синхронні двигуни, вентильні  статичні джерела реактивної потужності.

 

Вибір пристроїв, що компенсують

 

1) Визначаємо  потужність пристрою, що компенсує

 

(18)

 

де tgцk – є залежним від cosцk=0,92, якому необхідно одержати після установки КУ, Рм – загальна активна потужність системи електропостачання;

 

 

 

Вибираємо дві  комплектні конденсаторні установки КУ – УКН-0,38-75УЗ потужністю Qк.ст = 75 квар;

 

2) Визначаємо  фактичний tg?

 

(19)

 

3) Визначаємо cos? залежно від tg?

 

cosцф = cos (arctg цф) = 0,97

 

 

Отриманий cosцф задовольняє умові, тому обрані пристрої, що компенсують, можна прийняти до установки.

 

1.4 Розрахунок  і вибір елементів електропостачання

 

1.4.1 Вибір апаратів  захисту й розподільних пристроїв

 

Згідно ПУЕ  від перевантажень необхідно  захищати силові й освітлювальні  мережі, виконані усередині приміщень  відкрито прокладеними ізольованими незахищеними провідниками з горючою ізоляцією; силові мережі, коли за умовою технологічного процесу або режиму їхньої роботи можуть виникати тривалі перевантаження; мережі вибухонебезпечних приміщень або вибухонебезпечних зовнішніх установок незалежно від умов технологічного процесу або режиму роботи мережі.

 

Для захисту  електричних мереж напругою до 1 кВ застосовують плавкі запобіжники, автоматичні  вимикачі, теплові реле магнітних  пускачів.

 

Для захисту  електричних мереж від струмів  КЗ служать плавкі запобіжники. Вони є найпростішими апаратами фотополяриметр захисту, дія яких засноване на перегорянні плавкої вставки. Запобіжники є обмежуючими апаратами, тому що в них забезпечується близько дуговий простір і відключення ланцюга настільки швидко, що при більшої кратності струму в запобіжнику струм не встигає досягти граничного значення.

 

Магнітні пускачі  призначені головним чином для дистанційного  керування асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором до 100 кВт; для пуску безпосереднім підключенням до мережі й зупинка електродвигуна й реверса. У виконанні з тепловим реле пускачі також захищають керований електродвигун від перевантаження. Магнітний пускач являє собою триполюсний контактор змінного струму із магнітною системою, у який додатково убудовані два теплових реле захисту, включених послідовно у дві фази ланцюга ЕД.

 

Автоматичні вимикачі призначені для автоматичного розмикання електричних кіл при анормальних режимах (КЗ і перевантаження), для рідких оперативних включень (3-5 у годину) при нормальних режимах, а також для захисту ланцюгів від неприпустимих зниженнях напруги. Для захисту від струмів КЗ в автоматичному вимикачі застосовується електромагнітний апарат миттєвої дії. Тепловий (звичайно біметалічний) апарат призначений для захисту від перевантажень, за рахунок згинання біметалічної пластини. Апарат мінімальної напруги спрацьовує при неприпустимому зниженні напруги в мережі (30-50%). Такі апарати застосовують для ЕД, само запуск яких небажаний при мимовільному відновленні харчування.

 

Зробимо вибір  апаратів захисту, установлюваних у  силових шаф.

 

1) До силових  шаф приймемо до установки  автоматичні вимикачі, тому що  вони захищають одночасно від  струмів КЗ і перевантажень одночасно.

 

2) Зробимо розрахунок  для силової шафи 1

 

Iр = 32,5 А – розрахунковий струм силової шафи;

 

Iн.а.>=Iн.р. (21)

 

Iн.р.>=Iр=32,5 А

 

Вибираємо автоматичний вимикач серії ВА51Г-31, Iн.а. = 100 А, Iн.р.= 40 А, U = 380 У.

 

Аналогічно вибираємо автоматичні вимикачі до всіх силових шаф. Результати розрахунків заносимо в таблицю 2.

 

Таблиця 2. 

Iр, А 

Iном, А 

Iн.р. А 

Uном, В Тип АВ

СШ1 32,5 100 40 380 ВА51Г-31

СШ2 89 100 80 380 ВА51Г-31

СШ3 132 100 100 380 ВА51Г-31

 

 

 

Для інших приймачів малої потужності доцільно застосувати магнітні пускачі разом із запобіжниками.

 

Зробимо вибір  для токарських верстатів з Iном = 30 А

 

1) Вибираємо  магнітний пускач типу ПМЛ-2200 з Iном = 35 А и номінальним  струмом головних контактів Iном.гл.кін  = 35 А, номінальна напруга U = 380У;

 

2) Вибір запобіжника.  Визначаємо струм плавкої вставки

 

(22)

 

 

 

Вибираємо запобіжник типу НПН-60М с номінальним струмом  патрона Iном= 250 А, і номінальним  струмом плавкої вставки Iном.вст= 125 А

 

Аналогічно  вибираємо магнітні пускачі й запобіжники до інших приймачів. Результати заносимо в таблицю 3.

 

Таблиця 3.Приймачі Тип магнітного пускача Iном, А Iном.гл.кін, А Тип запобіжника Iном, А Iном.вст, А

Електропривод ПМЛ-1200 10 10 НПН2-60 60 10

Універсальні  заточувальні верстати ПМЛ-1200 10 10 НПН2-60 60 10

Заточувальні  верстати для черв'ячних фрез ПМЛ-3200 35 35 НПН-60М 60 32

Шліфувальні верстати ПМЛ-2200 25 25 НПН-60М 60 32

Заточувальні  верстати для фрезерних голівок ПМЛ-2200 25 16 НПН-60 60 20

Кругло шліфувальні  верстати ПМЛ-3200 40 40 ПН2-100 100 50

Токарські верстати ПМЛ-3200 35 35 ПН2-250 250 125

Кран-балка ПМЛ-3200 40 40 ПР2-60 60 45

Заточувальні  верстати ПМЛ-1200 10 10 ПР2-60 60 15

Внутрі шліфувальні  верстати ПМЛ-3200 45 45 ПР2-100 100 60

Плоско шліфувальні  верстати ПМЛ-4200 70 70 ПН2-250 250 80

 

 

Провідники  електромереж від минаючі по них  струму відповідно до закону Джоуля-Ленца  нагріваються. Кількість виділеної теплової енергії пропорційно квадрату струму, опору й часу протікання струм Q = I2Rt. Наростання температури провідника відбувається доти, поки не наступить теплова рівновага між теплом, виділюваним у провіднику зі струмом і віддачею в навколишнє середовище

 

Надмірно висока температура нагрівання провідника може привести до передчасного зношування ізоляції, погіршенню контактних сполук і пожежної небезпеки. Тому встановлюються допустимі значення температури  нагрівання провідників залежно від марки й матеріалу ізоляції провідника в різних режимах.

 

Значення припустимих  тривалих струмових навантажень  становимо для нормальних умов прокладки  провідників: температура повітря +25°С, температура землі +15°С и за умови, що в траншеї покладений тільки один кабель. Якщо умова прокладки провідників відрізняється від ідеальних, то припустимий струм навантаження визначається з виправленням на температуру (kп1) і кількість кабелів, що прокладаються, в одній траншеї (kп2)

 

(23)

 

Визначаємо  перетин кабелю для силової шафи №1.

 

1) Розрахунковий  струм СШ1 дорівнює Iр = 32,5 А

 

За рекомендацією  вибираємо кабель перетином S = 10 мм2 і припустимим струмом Iд = 85 А;

 

2) Перевіряємо  обраний кабель за умовою нагрівання

 

 

 

 

За умовою Iд>= Iд/, отже, умова виконується;

 

3) Перевіряємо  кабель по втраті напруги

 

(24)

 

де l - довжина  кабельної лінії, км;

 

r0 – активний опір кабелю, Ом/км (приймається залежно від перетину кабелю);

 

х0 – індуктивний опір кабелю, Ом/км.

 

До інших  силових шаф розрахунок перетину кабелів ведеться аналогічно.

 

Розрахункові  дані заносимо в таблицю 4.

 

Таблиця 4. Iр, А Iд, А S,мм2 Iд/, А Kп1 Кп2 L, км R0, Ом/км Х0, Ом/км ДU,%

СШ1 32,5 85 10 83 1,04 0,94 0,03 1,85 0,099 0,58

СШ2 89 85 10 83 1,04 0,94 0,05 1,85 0,099 1,6

СШ3 132 85 10 83 1,04 0,94 0,02 1,85 0,099 0,7

 

 

По розрахованих струмах для груп електроприймачів розподільні силові шафи

 

1) Для СШ1, Iр  = 32,5 А вибираємо силова шафа  серії СПУ62-5/1 з номінальним струмом  280 А, триполюсний, з 16 лініями,  що відходять, із запобіжниками типу НПН-60.

 

2) для СШ2, Iр  = 89 А вибираємо силова шафа  серії СПУ62-5/1 з номінальним струмом  280 А, триполюсний, з 16 лініями,  що відходять, із запобіжниками  типу НПН-100.

 

3) для СШ3, Iр  = 132 А вибираємо силова шафа  серії ШРС1-53В3 з номінальним  струмом 280 А, триполюсний, з 16 лініями, що відходять, із запобіжниками типу НПН-100.

 

1.5 Розрахунок  струмів короткого замикання  й перевірки елементів у характерній  лінії електропостачання

 

1.5.1 Загальні  відомості про КЗ

 

При проектуванні СЕС ураховуються не тільки нормальні, тривалі режими роботи ЕУ, але і їхні аварійні режими. Одним з аварійних режимів є коротке замикання.

 

Коротким замиканням (КЗ) називають усяким випадковим або  навмисне, не передбачене нормальним режимом роботи, електричне сполука  різних крапок ЕУ між собою або землею, при якому струми в галузях ЕУ різко зростають, перевищуючи найбільший припустимий струм тривалого режиму.

 

У системі трифазного змінного струму можуть виникати замикання  між трьома фазами - трифазні КЗ, між  двома фазами - двофазне КЗ. Найчастіше виникають однофазні КЗ (60 - 92 % від загального числа КЗ).

 

Як правило, трифазні КЗ викликають в ушкодженому  ланцюзі найбільші струми, тому при  виборі апаратури звичайно за розрахунковий  струм КЗ приймають струм трифазного КЗ.

 

Причинами коротких замикань можуть бути механічні ушкодження ізоляції, падіння опор повітряних ліній, старіння ізоляції, зволоження ізоляції й ін.

 

Короткі замикання  можуть бути стійка й нестійкими, якщо причина КЗ самоліквідується в плині  струмової паузи комутаційного апарата.

 

Наслідком КЗ є  різке збільшення струму в короткозамкненому  ланцюзі й зниження напруги в  окремих крапках системи. Дуга, що виникла в місці КЗ, приводить  до часткового або повного руйнування апаратів, машин і інших пристроїв.

 

Збільшення струму в галузях електроустановки, що примикають до місця КЗ, приводить до значних механічних впливів на струмоведучі частини й ізолятори, на обмотки електричних машин. Проходження більших струмів викликає підвищене нагрівання струмоведучих частин і ізоляції, що може спричинити пожежу.

 

Зниження напруги  приводить до порушення нормальної роботи механізмів, при напрузі нижче 70% номінальної напруги двигуна  загальмовуються, робота механізмів припиняється.

 

Для зменшення  наслідків КЗ необхідно якнайшвидше  відключити ушкоджена ділянка, що досягається застосуванням швидкодіючих вимикачів і релейного захисту з мінімальною витримкою часу.

 

1.5.2 Розрахунок  струмів КЗ

 

За розрахунковою  схемою складається схема заміщення, у якій вказуються опори всіх елементів  і намічаються крапки для розрахунку КЗ всі опори зазначені в іменованих одиницях.

 

Визначаємо  опору елементів ланцюга розташованих на стороні високої напруги трансформатора

 

(25)

 

(26)

 

де Lc – довжина лінії до трансформатора, х0 – питомий індуктивний опір лінії, r0 – активний питомий опір.

 

Опори приводяться  до НН:

 

 

 

 

 

 

4) Визначаємо  опору для трансформатора

 

Rт=16,6 мОм, Хт=41,7 мОм

 

5) Визначаємо  опору для автоматичних вимикачів

 

1SF   R1SF= 0,4 мОм, X1SF=0,17 мОм, Rп1SF=0,6 мОм

 

SF1   RSF1= 1,3 мОм, XSF1=1,2 мОм, RпSF1=0,75 мОм

 

6) Визначаємо  опір кабельних ліній

 

КЛ1  r0/=3,12 мОм, x0=0,099 мОм

 

Тому що в  схемі 3 паралельних кабелі, те

 

 

 

 

 

 

 

КЛ2  r0/=4,16 мОм, x0=0,08 мОм

 

 

 

 

 

 

 

 

7) Визначаємо  опору ділянок ланцюга до кожної  крапки КЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) Визначаємо 3-фазні  й 2-фазні струми КЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9) Визначаємо  ударні струми КЗ

 

 

 

 

 

 

 

10) Визначаємо  діюче значення ударного струму

 

 

 

 

 

 

 

де q - коефіцієнт діючого значення ударного струму

 

 

 

11) Результати  розрахунків заносимо у зведену  відомість струмів КЗ таблиця 5

 

Таблиця 5.Крапка КЗ 

Rк, мОм 

Xк, мОм 

Zк мОм 

Rк/Xк  

Ку  q 

, кА 

iу, кА  

, кА 

, кА 

Zп, мОм 

, кА

К1 103 50,3 114,6 >1 1 1 2,01 2,01 2,01 1,75 15 2,9

К2 50,1 3,9 50 >1 1 1 4,6 4,6 4,6 4,02 91,2 1,4

К3 14 0,8 14,1 >1 1 1 16 16 16 13,92 371 0,5

 

 

 

12) Визначаємо 1-фазні  струми КЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Розрахунок  заземлюючих пристроїв

 

Захисне заземлення - це навмисна електрична сполука або  частини електроустановки із заземлюючим  пристроєм для забезпечення електробезпечності. Завданням захисного заземлення є зниження до безпечної величини напруг заземлення, дотику й крокової напруги.

 

Заземлюючий пристрій складається із заземлення й заземлюючих  провідників. Як заземлення використовуються природні заземлювачі: водопровідні труби, сталева броня й свинцеві оболонки силових кабелів, прокладених у землі, металеві конструкції будинків і споруджень. Якщо природних недостатньо, застосовують штучні заземлювачі: заглиблення в землю вертикальних електродів із труб, куточків або прутків стали й горизонтально прокладених у землі на глибину не менш 0,5 смуги.

 

В електроустановках  до 1 кВ із ізольованої нейтралью  опір заземлюючого пристрою повинний бути не більше 4 Ом.

 

Розрахунок  заземлювачів виробляється по формулах.

 

1) Визначаємо  розрахунковий опір одного електрода

 

 

 

де с – питомий опір ґрунту (для чорнозему 50 Ом·м), Ксез – коефіцієнт сезонності.

 

2) Граничний  опір сполученого ЗУ. На низьку  напругу

 

, приймаємо  RЗУ = 4 Ом.

 

3) Визначаємо  кількість вертикальних електродів

 

 

 

Приймаємо N/в.р = 5.

 

 

 

З урахуванням  екранування

 

 

 

 

де ? - коефіцієнт використання вертикальних електродів

 

4) Визначаємо  довжину смуги заземлюючого пристрою

 

Lп=2∙ 5=10 м

 

5) Визначаємо  уточнені значення опорів вертикальних  і горизонтальних електродів

 

 

 

 

 

де b - ширина смуги, для круглого горизонтального заземлювача b = 40, t - глибина закладення

 

5) Визначаємо  фактичний опір заземлюючого  пристрою

 

 

 

Фактичний опір заземлюючого пристрою (2,7 Ом) менше  припустимі опори, значить заземлюючий  пристрій буде ефективним.