Часть 2. Выбор сечений проводников и коммутационных защитных аппаратов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт: ЭНИН

Направление подготовки: Электроэнергетика и электротехника

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

Индивидуальное задание

по дисциплине «Электроснабжение»

 

 

Выполнил студент гр.____ 5А4А ___ ____________ Денисов М.А.

(Номер группы) (Подпись) (Ф.И.О.)

 

 

Проверил профессор каф. ЭСПП

(должность) __________ Сивков А.А.

(Подпись) (Ф.И.О.)

 

__________________ 20__г.

(Дата проверки)

 

 

Томск – 2017 г.

Расчет внутрицеховой сети 0,4 кВ

Задание: рассчитать электрические нагрузки методом упорядоченных диаграмм таким образом, чтобы выбрать сечение проводов или кабелей к каждому шкафу и отдельному электроприемнику, и найти нагрузку в целом по узлу.

СШ

l = 80 м

l = 10 м

l = 8 м

ЭП

ЭП

ЭП

l = 5 м

1ШР

2ШР

3ШР

Исходные данные

 

 

Рис.1 – исходная расчетная схема

Условные обозначения:

· СШ – сборные шины распредустройства со вторичной стороны трансформатора 6-10/0,4 кВ;

· ЭП – электроприемники;

· ШР – шкаф распределительный;

Исходные данные:

Мощность трансформатора -1000 кВА; характер среды В-П. Число электроприемников в шкафах указано в таблице 1, электрооборудование цеха- таблица 2.

Табл.1 - Число электроприемников в шкафах к схемам

1ШР	2ШР	3ШР

 

 

Табл. 2. Перечень электрооборудования цеха

Узлы нагрузки	Наименование электрооборудования	Число и мощность ЭП, кВт (кВА)	KИ	cosφ	tgφ
ШР1	1. Токарно-винторезный станок	1х17	0,15	0,6	1,33
2. Вертикально-сверлильный станок	2х6,5	0,15	0,6	1,33
3. Резьбонарезной станок	1х34	0,15	0,6	1,33
4. Долбежный станок	2х5,5	0,15	0,6	1,33
ШР2	5. Шлифовальный станок	2х8	0,15	0,6	1,33
6. Прессы	1х55	0,25	0,65	1,17
7. Вентиляторы	2х4	0,75	0,8	0,75
8. Мостовой кран с ПВ=25%	1х20	0,05	0,5	1,73
9. Электропечь-ванна	1х16	0,55	0,95	0,33
ШР3	10. Сварочный агрегат ПВ=60%, cosφн=0,46; Uн=220 В, однофазный	1х22 кВА	0,3	0,46	1,93
11. Молоты	1х10	0,3	0,6	1,33
12. Электропечь сушильная	1х50	0,8	0,95	0,33

 

1. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В СЕТИ ДО 1000 В:

1. Расчет производится с использованием таблицы «Сводная ведомость нагрузок по цеху».

2. В графу 2 записываются все ЭП цеха в соответствии с их распределением по узлам нагрузки (ШР, СШ).

Все ЭП делятся и группы ЭП делятся на две характерные группы А и Б:

1) Группа А – ЭП длительного режима работы с переменным графиком нагрузки, К_И<0,6;

2) Группа Б – ЭП длительного режима работы с практически постоянным графиком нагрузки, К_И 0,6.

Пример: для ШР3 сварочный агрегат с К_И=0,3 и молот К_И=0,3 объединены в группу А, электропечь сушильная с К_И =0,8 находится в группе Б.

3. В графу 3 записывается число ЭП n в группах, в характерных группах А и Б, по узлам нагрузки и в целом по цеху.

Пример: для ШР3 сварочный агрегат n=1, молот n=1, электропечь сушильная n=1, таким образом, по узлу нагрузки n=1+1+1=3.

4. В графу 4 записываем активные мощности отдельных ЭП, или единичную мощность одинаковых ЭП, или диапазон мощностей ЭП в группе с одинаковыми К_И и cosφ. В строке «Итого» - записываем диапазон номинальных активных мощностей отдельных ЭП по характерным группам А и Б, и по ШР3 в целом.

Пример: итого по ШР3 записывается диапазон мощностей 10-50 МВт.

5. В графу 5 записываем:

- суммарные номинальные активные мощности групп ЭП;

- суммарные номинальные активные мощности характерных групп ЭП (Итого по гр. А, Итого по гр.Б);

- суммарная номинальная активная мощность по узлу нагрузки (Итого по ШР3).

Пример: Итого по ШР2∑P_Н=∑P_НА+∑P_НБ=130,52+58=188,52 МВт.

6. В графу 6, только в итоговую строку по гр.А, заносятся значения модуля силовой сборки (1):

,

(1)

 

в виде m 3 или m>3.Для характерных групп Б, m – не определяется.

Пример: для ШР2 группа А .

7. В графу 7 заносятся значения коэффициента использования К_И (справочные данные). Итоговые строки по гр. А заполняются позже, а по гр. Б - не заполняются.

8. В графу 8 заносим значения cosφ/ tgφ, итоговые строки заполняются позже.

9. В графу 9 заносятся значения средней активной мощности за максимально загруженную сменудля отдельных ЭП, групп одинаковых ЭП, ЭП с одинаковыми К_И и cosφ, которые рассчитываются по формуле (2):

(2)

В итоговую строку записываются суммарные значения.

Пример: для ЭП электропечь сушильная (ШР2) .

10. В графу 10 заносятся значения средней реактивной мощности за максимально загруженную смену для отдельных ЭП, групп одинаковых ЭП или групп ЭП с одинаковыми К_и и cosφ, которые рассчитываются по формуле (3):

.

(3)

Пример: для ЭП электропечь сушильная (ШР2) .

11.Подводятся предварительные итоги по графам 9 и 10, в итоговые строки которых по характерным группам А и Б записываются суммарные значения и по которым для гр. А определяются:

1) средневзвешенное значение коэффициента использования (4):

Ки.с= ,

(4)

которое заносится в итоговую строку по гр. А графы 7.

2) средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности (определяется для узла нагрузки) (5):

.

(5)

3) средневзвешенный коэффициент активной мощности:

,

(6)

которое заносится в итоговую строку ШР3 графы 8.

Пример: для ШР1 К_и.с= , , .

12. В графу 11 в итоговую строку по гр.А вносятся значения эффективного числа ЭП n_э, которое определяется следующим образом (7):

.

(7)

Если в гр.А n≤3, то n_э не определяется;

Если n≥4 и m≤3, то эффективное число ЭП принимается равным n: n_э=n;

Если n≥4, к_и≥0,2 и m>3 то эффективное число ЭП находится по формуле (8):

.

(8)

Если расчет дает n_э>n, то принимаем n_э=n.

При переменном графике нагрузки, n≥4, к_и<0,2 и m>3 эффективное число ЭП n_э определяется с использованием относительных единиц, таблиц или графиков (справочник по ЭСПП под ред. Федорова) в следующем порядке:

1. Выбираются ЭП с наибольшей Р_ном(max).

2. Выбираются наиболее крупные ЭП, Р_номкоторых равна или больше половины Р_ном(max). (Р_ном= Р_ном(max) или Р_ном> Р_ном(max))_.

3. Определяют число n₁ и суммарную номинальную мощностьР_н1наибольших ЭП группы (п.2).

4. Определяют число n и суммарную номинальную мощность Р_нвсех ЭП группы.

5. Находят значения n^* и Р^{*: .}

6. По полученным n^* и Р^* по кривым и таблицам определяется n_Э^*-относительное значение эффективного числа ЭП. (В таблице 1. по промежуточным (неточным) значениям n^* и Р^* берут ближайшее меньшее значение).

7. Из выражения n_Э^* = n_Э/nопределяют: n_Э = n_Э^*·n_.

Для гр.Б значение эффективного числа ЭП не определяется и в графу 11 не вносится.

Пример: для ШР2 условия n≥4, m>3, K_и≥0,2 таким образом, .

13. В графу 12 в итоговые строки по гр.А и гр.Б вносятся значения коэффициентов максимума К_м и К¢_м по активной и реактивной мощностям, которые определяются:

- для гр.А: К_м определяется в зависимости от К_и и n_э;

- для гр.А: при n_э≤10 или при n_э>10;

- для гр.Б: К_м= К¢_м=1.

Гр.А не определено К_м, К¢_м не определяется.

Пример: для ШР2 гр.А К_и=0,272 и n_э=5 определяем по приложению 1 К_м=2 и .

14. В графу 13 заносятся значения расчетной активной мощности (9):

.

(9)

При числе ЭП в характерных группах n≤3: Графы 9, 10, 11 и 12 не заполняются (P_с.м., Q_с.м., n_э и К_м не определяются). Расчётные активные мощности групп ЭП принимаются равными их суммарным номинальным активным мощностям (из графы 5).

В итоговые строки графы 13 заносятся суммарные значения расчётной активной нагрузки (по гр.А и гр.Б и по ШР3 в целом).

Пример: для ШР2 гр.Б .

15. В графу 14 вносятся значения расчётной реактивной мощности групп ЭП (10):

(10)

При числе ЭП в характерных группах n≤3 значения определяются (11):

(11)

В итоговые строки графы 14 заносятся суммарные значения расчётной реактивной нагрузки (по гр.А и гр.Б и по узлу нагрузки в целом).

Пример: для ШР1 .

16. В графу 15 вносятся значения полных расчетных нагрузок по узлу нагрузки в целом которые определяются по формуле (12):

.

(12)

Пример: для ШР1 .

17. В графу 16 вносятся значения расчетных и пиковых токов по узлу нагрузки в целом (13):

(13)

Пример: для ШР1 .

Результаты расчета заносим в таблицу 3.

 

№ п/п	Наименование узлов	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
n	Pн, кВт	Pн∑, кВт	m	KИ	cosφ/tgφ	Pсм, кВт	Qсм, квар	nэ	KM/KM`	Pр, кВт	Qр, квар	Sр, кВА	Iр/Iп
ШР3
ГРУППА А
	Сварочный агрегат ПВ=60%, cosφн=0,46; Uн=220 В, однофазный		23,52	23,52		0,3	0,46/1,93	7,056	13,6
	Молот					0,3	0,6/1,33		3,99
	Итого по Группе А		10-23,52	33,52	≤3	0,3		10,056	17,59			33,52	25,14
ГРУППА Б
	Эл. Печь сушильная					0,8	0,95/0,33		13,2
	Итого по группе Б								13,2				16,5
	Итого по ШР3		10-50	83,52			0,85/0,615	50,056	30,79			83,52	41,64	93,32

 

ШР2
ГРУППА А
	Сварочный агрегат ПВ=60%, cosφн=0,46; Uн=220 В, однофазный		23,52	23,52		0,3	0,46/1,93	7,056	13,6
	Молот					0,3	0,6/1,33		3,99
	Шлифовальный станок					0,15	0,6/1,33	2,4	3,192
	Прессы					0,25	0,65/1,17	13,75	16,1
	Мостовой кран с ПВ=25%					0,05	0,5/1,73	0,5	0,865
	Электропечь-ванна					0,55	0,95/0,33	8,8	2,904
	Итого по группе А		8-55	130,52	>3	0,272		35,506	40,651	4,75 =5	2/1,1		44,716
ГРУППА Б
	Эл. Печь сушильная					0,8	0,95/0,33		13,2
	Вентиляторы					0,75	0,8/0,75		4,5
	Итого по группе Б		4-50						17,7		1/1		17,7
	Итого по ШР2		4-55	188,52		0,432	0,81/0,716	81,506	58,351				62,416	132,6	201,5

 

ШР1
ГРУППА А
	Сварочный агрегат ПВ=60%, cosφн=0,46; Uн=220 В, однофазный		23,52	23,52		0,3	0,46/1,93	7,056	13,6
	Молот					0,3	0,6/1,33		3,99
	Прессы					0,25	0,65/1,17	13,75	16,1
	Мостовой кран с ПВ=25%					0,05	0,5/1,73	0,5	0,865
	Электропечь-ванна					0,55	0,95/0,33	8,8	2,904
	Станки метало-обрабатывающие		5,5-34			0,15	0,6/1,33	13,65	18,15
	Итого по группе А		5,5-55	205,52	>3	0,215		46,756	55,6	7,47=	1,99/1	93,04	55,6
ГРУППА Б
	Эл. Печь сушильная					0,8	0,95/0,33		13,2
	Вентиляторы					0,75	0,8/0,75		4,5
	Итого по группе Б		4-50						17,7		1/1		17,7
	Итого по ШР1		4-55	263,52		0,352	0,78/0,79	92,756	73,3			139,04	73,3	157,18	238,8

СШ
	Итого по ШР1		4-55	263,52		0,352	0,78/0,79	92,756	73,3			139,04	73,3	157,18	238,8
	Итого по СШ		4-55	263,52		0,352	0,78/0,79	92,756	73,3			139,04	73,3	157,18	238,8

 

 

Часть 2. Выбор сечений проводников и коммутационных защитных аппаратов

Рисунок 2. Схема электроснабжения цеха

 

 

Определение расчетных, номинальных, пусковых и пиковых токов

1) Номинальный ток отдельного ЭП

- сварочный агрегат однофазный (без приведения к ПВ=100%):

Пример: для ЭП ШР3 сварочного агрегата

- электродвигатели:

Т.к. данных о КПД двигателей нет, то считаем, что их КПД учтены в значениях номинальных активных мощностей и принимаем η=1

Пример: для ЭП ШР1 токарно-винторезного станка

- электропечь сопротивления:

Пример: для ЭП ШР2 электропечь-ванны

2) Пусковые токи отдельных ЭП

- электродвигатель:

Пример: для ЭП ШР1 вертикально-сверлильного станка

- электропечь:

Пример: для ЭП ШР3 электропечи сушильной

- сварочный агрегат однофазный (без приведения к ПВ=100%):

Пример: для ЭП ШР3 сварочного агрегата

3) Пиковый ток группы ЭП при n>5

где i_ПМ-самый большой пусковой ток из всех двигателей одного шкафа, i_НМ-номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током.

при n<5

где ∑I_H- сумма номинальных токов группы ЭП, без учета номинального тока наиболее мощного ЭП группы.

Пример: для ШР3 .

4) Пиковый ток подстанции (22):

где .

Пример: для подстанции

, .

5) Условия выбора плавких предохранителей:

1.

2.

3.

Так как по условиям задания не указан характер пуска отдельных ЭП, то считаем, что пуск – легкий.

Пример: выбираем предохранитель для ЭП ШР3 молота

1.

2.

3.

Таким образом, выбираем предохранитель НПН2-60 (из приложения) с током плавкой вставки

Выбираем предохранитель для ЭП ШР3 сварочного агрегата

1.

2.

3.

Выбираем предохранитель ПН2-250 с током плавкой вставки .

6) Условия выбора автоматических выключателей

1.

2.

где: – номинальный ток срабатывания уставки в зоне КЗ,

k-коэффициент кратности тока срабатывания уставки в зоне КЗ к номинальному току расцепителя.

Пример: выбираем автоматический выключатель ЭП ШР2 пресса

1.

2.

Выбираем автоматический выключатель ВА51-33 с номинальным током расцепителя 160 А и коэффициентом кратности 10.

7) Условия выбора автоматического выключателя для трансформаторной подстанции

1. ,

2.

Пример: выбираем автоматический выключатель для трансформаторной подстанции

1.

2.

Выбираем автоматический выключатель ВА74-43 с номинальным током расцепителя 1600 А и коэффициентом кратности 3.

8) Условия выбора сечения проводов, кабелей цеховых сетей с учетом защитных аппаратов

1. I´ _доп≥ I _дл, где I´ _доп=К_з∙К_прокл∙ I _доп

2.

где: К_з – коэффициент защиты (приложение 2);К_прокл- коэффициент прокладки (приложение 6);I_доп– допустимый ток для выбранного сечения (приложение 1);I_з – ток защитного аппарата;К_п1 – поправочный температурный коэффициент, принимаем равным 1.

Пример: выбираем кабель для ЭП ШР3 сварочного агрегата

1. I´ _доп=1∙0,9∙115 = 103,5 А≥ I _дл=54,54 А _,

2.

Выбираем кабель ПВ сечением 16 мм² (приложение 1) с допустимым током 85 А. Все выбранные проводники и защитные аппараты сведены в таблицу 4.

Вывод: В ходе выполнения индивидуального домашнего задания был произведен расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм в сети до 1 кВ, с целью определения проводов и сечений кабелей к каждому шкафу и отдельному электроприемнику. По расчетным данным первой части индивидуального задания определили места установки коммутирующей аппаратуры для защиты линий, распределительных шкафов и отдельных электроприемников. Один из распределительных шкафов и подстанция укомплектованы автоматическими выключателями типа ВА, другие - предохранителями.

 

№ п\п

Назначение участка питающей линии

Iдл, А

Iкр, А

Аппарат защиты

Способ прокладки кабеля

Кпрокл

По условию перегрузки пусковыми и пиковыми токами А,*

Iн.ап.защ,А

Iн.вс или Iн.рас, А

Марка кабеля

Iдоп, А

Iз

Кз·Iз/Кпрокл

Принятое сечение Кабеля, мм2

начало участка

конец участка

ШР3

Электропечь сушильная

79,96

79,96

ПН2-100

В трубе

-

ПВ

ШР3

Молот

25,32

126,61

НПН2-60

50,64

ПВ

ШР3

Сварочный агрегат

ПН2-250

0,9

92,95

ПВ

ШР2

Электропечь-ванна

25,589

25,589

ВА13-29

-

ПВ

ШР2

Мостовой кран

60,77

303,86

ВА13-29

455,79

ПВ

ШР2

Вентилятор

7,59

37,98

ВА13-25

56,97

ПВ

ШР2

Вентилятор

7,59

37,98

ВА13-29

56,97

ПВ

 

Продолжение таблицы 4

	ШР2	Пресс	128,56	642,8	ВА51-33			964,2			ПВ
	ШР2	Шлифовальный станок	20,258	101,29	ВА13-29		151,9			ПВ
	ШР2	Шлифовальный станок	20,258	101,29	ВА13-29		151,9			ПВ
	ШР1	Ток-винторз. станок	43,048	215,24	ПН2-100		86,096			ПВ
	ШР1	Вертикально-сверлильный станок	16,46	82,3	НПН-60		32,92			ПВ
	ШР1	Вертикально-сверлильный станок	16,46	82,3	НПН-60		32,92			ПВ
	ШР1	Резьбонарезной станок	86,09	430,48	ПН2-250		172,192			ПВ
	ШР1	Долбежный станок	13,927	69,637	НПН-60		27,748			ПВ
	ШР1	Долбежный станок	13,927	69,637	НПН-60		27,748			ПВ

 

	ШР2	ШР3		405,28	ВА51-33		0,8	506,6			ПВ
	ШР1	ШР2	201,5	812,16	ВА57-35		0,85	1015,75			ПВ
	СШ	ШР1	238,8	812,16	ВА57-35	0,85	1015,75			ПВ
	ТМ	СШ	1519,3		ВА74-43	-	2662,5			-	-	-	-	-

Приложение 1- Токовая нагрузка на провода и шнуры с резиновой и ПВХ изоляцией

 

Приложение 2- Минимально допустимые коэффициенты защиты

 

Приложение 3- Коэффициенты максимума для различных коэффициентов использования в зависимости от эффективного числа электроприемников

Приложение 4- Технические данные предохранителей

 

 

Приложение 5- Технические данные автоматических выключателей серии ВА на токи до 250 А

Приложение 6- Поправочный коэффициент на число кабелей, лежащих рядом в земле (трубах)