Расчет освещения и осветительных сетей

Г Л А В А I

 

Расчетно-техническая часть проекта

 

В качестве исходных данных для рассматриваемого курсового проекта служат: план цеха, производства, установленные мощности по отдельным видам электропотребителей и характеристика возможных источников питания.

В расчетно-пояснительной записке необходимо отразить все вопросы проектирования, согласно алгоритма см. рис. I.I.

 

I. Введение

Во введении к курсовому проекту должны быть кратко изложены:

а). Основные задачи, поставленные правительством по внедрению новой техники, комплексной механизации, автоматизации производственных процессов и др.

б). Тема курсового проекта в разделе технико-экономических задач, стоящих перед промышленностью и актуальность объекта проектирования.

 

I.I. Технология производства и характеристика цеха

В этом разделе необходимо отразить особенности технологического процесса и дать характеристику:

1. Строительной части цеха, а именно:

а) размеры цеха;

б) конструкционные материалы, применяемые при строительстве цеха (кирпич, сборный железобетон и т.д.);

в) отделка стеновых и потолковых поверхностей (побелка, окраска, цветность окраски и т.д.);

г) тип пола (метлахская плитка, деревянные, цементные).

2. Среды в цехе: произвести классификацию помещений цеха в зависимости от среды (В-I, В-II, П-I и т.д.). Результаты внести в таблицу 3.3.

3. Категории электроприемников по степени надежности электроснабжения.

 

Результаты классификации внести в табл 3.3.

 

Рис. 1.1. Структурная схема выполнения раздела 1.2. проекта.

 

Г Л А В А 2

Электропривод технологического оборудования цеха

 

Основными требованиями, предъявляемыми технологическими механизмами к приводным двигателям, является обеспечение заданной производительности при надежности и экономичности работы. Эти требования могут быть удовлетворены лишь при условии правильного выбора рода тока, напряжения и мощности двигателя электропривода.

 

2.1. Выбор рода тока и величины напряжения

При выборе рода тока и величины напряжения для питания промышленных механизмов и установок необходимо помнить, что в настоящее время могут конкурировать два напряжения переменного тока – 380/220 и 660В. Другие, более низкие, напряжения могут дать сколько-нибудь выгодных решений в экономическом отношении, в том числе и по расходу цветных металлов. Постоянный же ток чаще всего применяется в специальных установках, где он необходим по условиям технологического процесса (установки гальванических покрытий металлов, электролизные установки и др.), а также в тех электроприводах, где необходима регулировка скорости в широких пределах. Источниками постоянного тока могут быть:

- управляемые тиристорные, тиратронные и ртутные преобразователи;

- двигатели-генераторы;

- нерегулируемые полупроводниковые выпрямители.

Низковольтные устройства производственных механизмов и установок на напряжение 12, 24, 36, 42, 127В переменного тока питаются через понижающие трансформаторы с подводимым напряжением к первичным обмоткам 220, 380 и 660В. Поэтому сначала решается вопрос об основном напряжении и роде тока.

Для силовых устройств постоянного тока напряжение может выбираться из двух значений: 220В и 440В; напряжение 110В – не экономично. Напряжение 6, 12, 24, 36, 48, 60В постоянного тока получают от преобразователей 3 (выпрямителей). При выборе величины напряжения для отдельных электроприемников следует учитывать, что электродвигатели переменного тока изготавливаются:

при 127/220 – на 1,2 ÷ 550Вт;

при 220/380 – на 0,01 ÷110 кВт;

при 380/660 – на 0,6 ÷ 500 кВт;

при 6 кВт – на 200 кВт и выше.

 

2.2. Определение мощности приводных электродвигателей

для 4-5 единиц технологического оборудования

При выполнении этого раздела проекта необходимо рассчитывать нагрузки привода не только при установившемся режиме работы, но и в периоды переходных процессов. С этой целью рассчитываются и строящиеся нагрузочные диаграммы, на основании которых производится расчет двигателя на нагрев и дается заключение о его пригодности для данного привода.

Примеры:

Определить мощность электродвигателя центробежного насоса по следующим исходным данным:

 

Производительность насоса	Q = 50 м3/час
Плотность перекачиваемой жидкости	ρ = 0,8∙103 кг/м3
Высота всасывания	hВ = 1,5 м
Высота нагревания	hн = 40 м
Высота, соответствующая потерям напора	hn = 4 м
Ускорение	q = 9,81 м/с2
Коэффициент запаса (для двиг. до 50 кВт)	k3 = 1,2
КПД центробежного насоса	ήнас = 0,6
КПД передачи	ήn = 1

 

Р_д=

 

где Н = h_В+ h_н+ h_n - дифференциальный напор

Н = 1,5+40+4=45,5 м,

тогда Р_д = _{= 9,91 кВт}

Мощность двигателя до ближайшей стандартной мощности, т.е. до 10 кВт.

Пример 3.2.

Определить мощность электродвигателя вентилятора по следующим исходным данным:

 

Производительность вентилятора	Q = 3 м3/с
Давление	Н = 282 н/м2
Коэффициент запаса	k3 = 1,3
КПД вентилятора	ήв = 0,5
КПД передачи	ήn = 1

 

Р_д= = = 2,2 кВт

Выбираем мощность электродвигателя вентилятора равной стандартной мощности – 2,2 кВт.

 

2.3. Выбор стандартных двигателей для технологического оборудования

 

Выбор заключается в сравнении расчетных мощностей с паспортными данными стандартных двигателей и составлении сводной таблицы для всех электродвигателей цеха.

См. таблицу 3.3.

1. Выбрать род тока и величину напряжения для электроснабжения электрооборудования цеха [10] [12]
2. Рассчитать мощность приводных двигателей для основного технологического оборудования [2] [6] [10] [12] [13] [14]
3. Выбрать типы двигателей для привода основного технологического оборудования [2] [7]
4. Составить сводную таблицу технических характеристик электродвигателей цеха. По форме таблицы 2.1.

 

Рис. 2.1. Структурная схема выполнения главы 2 проекта.

 

 

Технические характеристики электродвигателей цеха

Таблица 2.1.

№ п/п

Наименование технологического оборудования

Кол-во

Расчетная мощность двигателя

Каталожные данные электрического двигателя

Характеристика среды цеха

Категория электроприемников по ПУЭ

Примечание

Тип двигателя

Искажение двигателя

Рн

n

Iн

Cosφ

ήн

K3

шт.

кВт

кВт

об/мин

А

%

%

1.

2.

3.

4.

5.

 

Примечание: Таблицу 2.1. целесообразно выполнять на миллиметровой бумаге (развернутый лист) и вклеивать в оформленный проект.

 

 

Г Д А В А 3

Расчет и планировка силовых сетей

 

В этом разделе необходимо:

1. Произвести расчет электрических силовых нагрузок цеха.

2. Рассчитать и выбрать по справочникам пусковую и защитную аппаратуру.

3. По найденным расчетным значениям токов выбрать сечения и марки силовых питающих линий.

4. Выбрать и разместить на плане цеха распределительные устройства.

 

3.1. Расчет электрических силовых нагрузок цеха

Величина максимальной (расчетной тридцатиминутной) активной мощности для группы из «n» электроприемников определяется произведением коэффициента спроса на величину суммарной установочной мощности электроприемников.

 

при m 3; К_с = 1,

где m – число групп электроприемников с однородным режимом работы.

При большом количестве электроприемников с различными режимами работы, присоединенными к одному силовому распределительному пункту, следует все электроприемники разбить на отдельные группы с одинаковым режимом и для каждой группы отдельно определить максимальную мощность. Суммарная максимальная активная нагрузка всех групп электроприемников определяется как сумма расчетных активных нагрузок отдельных групп:

 

где m – число групп электроприемников с однородным режимом работы.

Суммарная максимальная реактивная нагрузка определяется аналогично:

 

 

Средневзвешенный tg φ определяется из выражения:

tgφ_ср.в.=

Расчетный ток магистрали I_m определяется по формуле:

I_m= =

Результаты расчетов свести в таблицу, аналогичную таблице 4.1.

Пример 3.1.

Определить максимальную (30-ти минутную) нагрузку на шинах РП, питающего цех со следующими силовыми электроприемниками:

6 электродвигателей центробежных насосов

7 электродвигателей центробежных вентиляторов

1 электродвигатель мешалки

15 электродвигателей задвижек с электродвигателем

Решение:

Расчетные данные сведены в таблицу 3.1.

 

Разбить электроприемники на группы с одинаковым режимом работы
Составить сводную ведомость электроприемников цеха, с разбивкой по группам, аналогично табл. 3.3
Определить средневзвешенный cosφ электроприемников цеха
По найденному cosφср.в. найти tgср.в.
Найти по справочнику коэффициент спроса Кс см. [4] [11]
Определить расчетную активную нагрузку: Рм=
Определить расчетную реактивную нагрузку: Qм= φср.в.
Определить полную мощность цеха: Sm =
Определить максимальный расчетный ток: Im=

 

3.1. Алгоритм определения расчетных нагрузок цеха методом коэффициента спроса

Таблица расчетных силовых электрических нагрузок в сети 380/220В

Таблица 3.1.

№ п/п	№ группы	Наименование технологического оборудования	Кол-во приемников	Установленная мощность (кВт)	Кс		Расчетная нагрузка	Im /A/
одного	общая	активная Рм /кВт/	реактивная Qм /кВАр/	полная Sм /кВА/
1.		Центробежные электронасосы		2-10 кВт 2-22 кВт 1-13 кВт 2-1,5 кВт 1-4,0 кВт 1-3,0 кВт		0,75		48,75	30,3	57,3	86,81
2.		Центробежные вентиляторы		6-2,2 кВт 1-0,12	13,3	0,6		7,98	5,47	9,67	14,65
3.		Мешалка		7,5	7,5	1,0		7,5	5,2	9,13	13,83
4.		Задвижки с электроприводом		0,4		0,9		5,4	3,7	3,7	1,51
Итого по цеху:		91,8	91,8	-	0,83	69,63	44,67	82,65	125,23

 

 

3.2. Расчет и выбор пусковой и защитной аппаратуры

По данным расчетов см.таблицы 3.3. и 4.1. выбираются пусковая и защитная аппаратура. Выбор пусковой аппаратуры для силовых электроприемников цеха производить по следующим параметрам и условиям:

1. По параметрам рабочего режима (по току, напряжению, роду тока и частоты сети, по частоте включений).

2. По характеру окружающей среды.

3. Требуемой защитности от попадания внутрь аппарата посторонних предметов, пыли и воды (по требуемой стандартной степени защиты).

4. Требуемой пожаро- и взрывозащищенности.

5. С учетом применяемых систем защит.

6. Требуемому быстродействию.

7. Требуемому способу управления (местного, дистанционного).

При расчете и выборе защитной аппаратуры необходимо учитывать, что, согласно ПУЭ, сети разделяются на 2 группы:

а) защищаемые от перегрузки и токов короткого замыкания;

б) защищаемые только от токов короткого замыкания.

Во всех случаях защитная аппаратура должна обеспечить надежное отключение короткого замыкания. Это условие выполняется, если:

- ток однофазного короткого замыкания в сетях с глухозаземленной нейтралью:

а) в 3 раза и более превышает номинальный ток плавкой вставки предохранителя и номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику;

б) в 1,1 раза и более превышает ток срабатывания автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель.

Для сетей, прокладываемых вл взрывоопасных помещениях допустимые кратности тока короткого замыкания увеличиваются до:

а) 4-х по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя;

б) 6-ти по отношению к номинальному току расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой от тока характеристикой.

Для сетей, защищаемых только от токов короткого замыкания ток короткого замыкания:

а) в 5 раза и более превышает номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

б) в 1,5 раза и более – ток срабатывания электромагнитного расцепителя автомата.

Для расчета пусковой и защитной аппаратуры расчетный ток для электроприемников: I_расч. = К₃

где К₃ - коэффициент загрузки см.таблицу 3.1.

(при отсутствии данных К₃ =I).

I_ном. – номинальный ток, А, см. табл.3.1.

Формулы для определения I_ном. для различных типов электроприемников:

1. Для 3-х фазных электродвигателей длительного режима:

 

I_н.=

 

2. Для однофазных электродвигателей длительного режима, включенных на линейные напряжения:

 

I_н.=

 

 

3. Для однофазных электродвигателей длительного режима, влюченных на фазное напряжение:

I_н.=

 

4. Для двигателей повторно-кратковременного режима все формулы аналогичны, необходимо лишь учесть ПВ:

Р_н.=Р_пасп

где Р_пасп - паспортная мощность

ПВ - относительная продолжительность включения.

5. Для сварочных трансформаторов, трехфазных, включенных на линейное напряжение и однофазных, включенных на линейное или фазное напряжение.

I_н.= ; I_н.= ; I_н.=

 

6. Для печных и других трансформаторов длительного режима формулы аналогичны, лишь отсутствует сомножитель

а). Выбор предохранителей

Для электроприемников и проводников, не испытывающих больших пусковых токов (лампы накаливания, электронагревательные приборы) плавкая вставка выбирается по расчетному току:

I_ПВ

При защите ответвления, идущего к одиночному электродвигателю при легких и тяжелых пусках (электродвигатели вентиляторов, насосов, станков и т.п.) ток вставки

I_{ПВ ,}

где I_пик - пиковый ток, А.

Для одного асинхронного двигателя пиковый ток

I_пик= I_пуск= I_{н ,}

где I_пуск и I_н - соответственно пусковой и номинальный токи, А

К_п - кратность пускового тока по отношению к номинальному (см.справочник),

L - коэффициент, учитывающий характер и частоту пуска для двигателей с частыми или длительными пусками L =(1,6-2).

Для двигателей с легкими условиями пуска L =2,5.

При защите магистрали, питающей силовую или смешанную нагрузку:

I_н.в.

где I_кр - максимальный кратковременный ток линии:

I_кр = I_пуск + I_дл, см. (11 стр.132).

Для защиты ответвления, идущего к сварочному аппарату, номинальный ток плавкой вставки выбирают из соотношения:

I_п.в.

где I_св – номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения, А.

ПВ - относительная продолжительность включения.

Селективность (избирательность) защиты плавкими предохранителями магистральной линии с ответвлениями достигается последовательным возрастанием номинального тока плавких вставок на отдельных участках линии по мере приближения к пункту питания.

 

 

Алгоритм выбора плавких предохранителей и сечения провода.

Пример 3.2.

Выбрать предохранитель для защиты электродвигателя АО2-32-2 вентилятора P_ном=4кВт, I_ном=8А, I_п – 5,6А, с напряжением сети 220/380 В.

Расчетный ток I_расч. = К₃ ∙ I_ном, т.к. К₃ неизвестен, то принимаем К₃= I, тогда I_расч. = 8А.

I_ПВ

принимаем I_ПВ =25А

По справочнику выбираем НПН – 60

По расчетному току выбираем провод марки АПВ 3 (1х2,5)

с I_доп.пр=19А≥ I_расч., то есть 19А>8А.

Проверяем, защищает ли предохранитель провод от КЗ I_ПВ ≤ 3∙I_доп.пр, т.е. 25<3 ∙ 19=57А.

Выбранная плавкая вставка удовлетворяет всем условиям.

б). Выбор тепловых элементов реле магнитных пускателей для электродвигателей с длительным режимом работы производится по номинальному току электродвигателя

I_н.э. I_н.д.

где I_н.э. - номинальный ток нагревательного элемента

I_н.д. номинальный ток двигателя.

 

в) Выбор тепловых и комбинированных расцепителей автоматов с нерегулируемой обратно зависимо от тока характеристикой как для ответвлений к одиночным двигателям, так и для линий, питающих группу, производится по расчетному току цепи:

I_н.а. I_м

 

где – I_н.а.- номинальный ток расцепителя автомата;

I_м - расчетный ток цепи

 

г) Выбор тепловых расцепителей автоматов с регулируемой обратно зависимой от тока характеристикой производится по расчетному току:

I_тр.а. 1,25 ∙I_м

 

где I_тр.а. - ток трогания расцепителя автомата;

I_м - расчетный ток цепи.

д) Выбор электромагнитных расцепителей автоматов производится по кратковременному току установки (для электродвигателя I_пуск.а. = I_кр)

I_пуск.а. 1,25 ∙I_кр

 

где I_пуск.а. - ток установки расценителя автомата;

I_кр - кратковременный ток установки.

Установка автоматов, имеющих только электромагнитные расцепители (отсечки) на ответвлениях к короткозамкнутым электродвигателям не рекомендуется, то есть это вызывает резкое увеличение сечений проводов.

Результаты расчетов и выбора пусковой и защитной аппаратуры сводятся в таблицу 4.2.

Сводная таблица силового электрооборудования

Таблица 3.2.

№ п/п

Наименование технологического оборудования

Количество (шт.)

Мощность (кВт)

Каталожные данные электроприемника

Пусковая аппаратура

Защитная аппаратура

ТИП

Исполнение

Рн (кВт)

n (об/мин)

Iн (А)

Cos φн

ήн %

Кi

мм/мн

Кэ

Тип пускателя

Исполнение

Тип теплового реле

Iн теплового элемента (А)

Предел рег-я

Тип кнопки

Исполнение кнопки

Тип автомата

Тип расцепителя

Уст. расцепителя (А)

 

 

 

 

Рис. 3.3. Алгоритм выбора пусковой аппаратуры

 

 

Рис. 3.4. Алгоритм выбора автоматических выключателей для ответвлений к электродвигателям.

 

Для защиты сетей от Iф. КЗ в сетях с глухозаземленной нейтралью защитная аппаратура должна срабатывать при условии

 

 

 

 

 

Рис. 3.5. Алгоритм выбора автоматов и предохранителей для защиты сетей от токов К.3.

3.3. Расчет и выбор сечений силовых распределительных линий

Сечения жил проводов и кабелей напряжением до 1000В по условию нагрева определяют из таблиц 5.10-5.12 11 в зависимости от величины расчетного тока. См. табл. 3.2.

При этом должно выполняться 2 условия:

1. Условие нагрева длительным расчетным током

I_{норм.доп.} /4.1./

 

 

2. Условие соответствия сечения привода выбранному аппарату защиты:

I_{норм.доп.} , /4.2./

где К_попр. - поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей

К_защ. - кратность защиты, т.е. отношение длительно допустимого тока для проводов или кабелей к току срабатывания защитного аппарата, см. (11 табл. 5.13).

I_защ. - ток срабатывания защитного аппарата, А.

При нормальных условиях прокладки К_попр. = I, соотношения /4.1/ и /4.2/ упрощаются:

I_{норм.доп.} I_дл.

I_{норм.доп.} К_защ. ∙ I_защ.

Ддя взрывоопасных помещений:

I_{норм.доп.} 1,25 I_дл.

Выбранные сечения жил проводов и кабелей по току нагрузки, то есть рассчитанные на нагрев, проверяются на потерю напряжения, за исключением силовых сетей, питающихся от встроенных и пристроенных комплектных подстанций КТП и КТПН.

Согласно ПУЭ и ГОСТ 13109-67 для силовых сетей, отклонение напряжения от номинального должно составлять не более 5%. Эти требования обусловлены тем, что величина вращающего момента асинхронных электродвигателей зависит от квадрата подведенного напряжения / / и его уменьшение ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов.

Для 3-х фазной линии с несколькими нагрузками

 

 

где n – количество участков линии

r_o и х_щ - активное и реактивное сопротивление проводов /Ом/км/

P и Q – активная и реактивная мощность в линии.

L – длина линии /км/.

- номинальное напряжение в линии /кВ/.

 

Составить сводную таблицу силовых распределительных сетей.

1. Выбрать сечения жил проводов и кабелей по условиям нагрева Iнорм.доп. Iдоп. /11 табл. 5.12/
2. Проверить соответствие сечения провода или кабеля условиям максимальной токовой защиты Iнорм.доп. Iзащ. Кзащ./Кпопр. /11 табл. 5.13/
3. Проверить соответствие сечения провода или кабеля условиям защиты от коротких замыканий /алгоритм 4.5/
4. Определить длину провода или кабеля от РП до наиболее удаленного электроприемника
5. Найти по справочнику удельное активное сопротивление провода или кабеля ro Ом/км
6. Найти удельное реактивное сопротивление провода или кабеля Хо Ом/км
7. Проверить сечение провода или кабеля на потерю напряжения
8. Результаты выбора сечений жил проводов и кабелей свести в таблицу 4.3.

 

Рис. 3.6. Алгоритм определения сечения силовых распределительных линий.

 

3.4. Выбор и размещение на плане цеха распределительных устройств

 

При выборе распределительных устройств напряжением до 1000В и размещении их на плане цеха необходимо учитывать:

1. Характер среды в цехе и соответственно исполнение РП или место их размещения.

2. Количество групп электроприемников V до 1000В.

3. Величину напряжения электроприемников.

4. Величину расчетного тока в распределительной цепи от РП до электроприемников.

5. Тип защитной и пусковой аппаратуры, их токи срабатывания и кратность защиты.

 

Распределительные устройства выбрать в зависимости от:

 

 

	Величины напряжения электроприемников		Величины расчетного тока от РП до электроприемников		Характера среды в цехе		Количества групп электроприемников
		Типы пусковой и защитной аппаратуры, токов ее срабатывания, кратности защиты

 

Рис. 3.7. Структурная схема выбора распределительных устройств в цехе

 

1. Рассчитать электрические силовые нагрузки цеха. См. алгоритм 4.1.
2. Рассчитать и выбрать пусковую и защитную аппаратуру. См. алгоритм 4.2-4.5.
3. Рассчитать и выбрать сечения распределительных сетей. См. алгоритм 4.6.
4. Выбрать и разместить на плане цеха распределительные устройства. См. алгоритм 4.7.

 

Рис. 3.8. Алгоритм выполнения главы 3.

 

Г Л А В А 4

Расчет освещения и осветительных сетей

 

Вопросы, решаемые в этом разделе проекта можно разделить на 2 самостоятельных расчета:

А. Светотехнический расчет.

Б. Электрический расчет осветительной сети.

Задача светотехнического расчета состоит в:

а) определении мощности отдельной линии;

б) определении необходимого количества ламп и светильников в помещении.

Светотехнический расчет включает:

1. Характеристику помещения с указанием оценки зрительных работ.

2. Выбор норм ответственности, вида и систем освещения типов светильников.

3. Размещение светильников.

4. Расчет освещенности методом коэффициента использования светового потока, методом удельной мощности и точечным методом.

Электрический расчет включает:

1. Выбор принципиальной схемы сетей освещения.

2. Определение расчетных осветительных нагрузок.

3. Расчет электрических сетей освещения.

4. Выбор щитков освещения и осветительной аппаратуры.

5. Выбор марки проводов освещения и способы их прокладки.