Тема: «Разработка системы электроснабжения объекта »
Цель работы: получение учащимися практических навыков в разработке экономичных, надежных, удобных в эксплуатации и безопасных в обслуживании систем электроснабжения.
1. Общие положения
1.1 Назначение курсового проектирования
Курсовой проект является самостоятельной работой учащегося, завершающего изучение предмета «Электроснабжение». Работа над курсовым проектом способствует систематизации, закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных учащимся за время изучения конкретного предмета, а также применению этих знаний для комплексного решения вопросов проектирования.
Учащиеся обучаются пользованию справочной литературой, государственными стандартами (ГОСТ), строительными нормами и правилами (СНиП), Правилами устройств электроустановок (ПУЭ), каталогами, приобретают навыки выполнения расчетов, включая технико-экономические обоснования принимаемых решений, графических работ, составления пояснительных записок. Работа над курсовыми проектами подготавливает учащихся к выполнению более сложного этапа учебного процесса – дипломному проектированию.
1.2 Организация и планирование курсового проектирования
Курсовое проектирование проводится в сроки, предусмотренные учебным планом, после окончания изучения соответствующего специального предмета, выполнения контрольных работ, а также изучения смежных предметов, сведения из которых необходимы для работы над данным проектом.
Руководство курсовым проектом поручается преподавателям соответствующих специальных предметов. При выдаче заданий на курсовой проект руководитель проводит вводную беседу, в процессе которой знакомит учащихся с условиями работы над проектом, требованиями к содержанию и оформлению его материалов, разъясняет задания, рекомендует дополнительную литературу, помогает составить график работы над проектом.
1.3 Исходные данные и вспомогательные материалы
Учитывая необходимость подготовки учащихся к решению конкретных задач по проектированию систем электроснабжения промышленных установок, следует курсовые проекты приблизить к реальности. Важнейшую роль в этом могут сыграть четко сформулированные исходные данные, основывающиеся на реальных. Проектные материалы должны удовлетворять заданию, быть тщательно отработаны учащимися и просмотрены руководителем. Оформляется проект в строгом соответствии с ГОСТ и другими директивными документами.
1.4 Проектирование системы электроснабжения любого промышленного объекта начинается с выдачи задания.
Задание на курсовое проектирование должно быть подписано учащимся, преподавателем, ведущим курсовое проектирование и утверждено председателем цикловой комиссии, в нем должен быть указан срок окончания и защиты курсового проекта.
Учащийся получает планировку проектируемого объекта и перечень, установленного в нем оборудования. Он должен сверить и проанализировать расположение электроприемников, уточнить их мощность. Допускаются с разрешения преподавателя незначительные перемещения, установленного оборудования, изменение их количества. Проанализировав размещение оборудования на планировке необходимо провести распределения электроприемников по распределительным устройствам, продумывая при этом предполагаемую схему электроснабжения объекта, прокладку питающих и распределительных сетей
1.5 Оформление курсового проекта
В состав проекта входят: пояснительная записка (описания, расчеты, рисунки, таблицы) и графические материалы (чертежи).
1.5.1.1Пояснительная записка составляется в процессе разработки разделов проекта и компануется окончательно после проведения всей работы над проектом.
Рекомендуется следующая структура пояснительной записки:
- обложка;
- титульный лист;
- задание на курсовое проектирование;
- содержание;
- текст записки с таблицами, графиками, рисунками, схемами;
- список использованной литературы;
- приложения
Пример оформления титульного листа дается в приложении А.
После титульного листа помещается оригинал задания на проект, а за ним содержание, в котором приводится перечень всех материалов проекта. Пример оформления содержания приводится в приложении В.
Текст записки должен быть сжатым и лаконичным, но в тоже время достаточно полным и технически грамотно изложенным. Записка оформляется на одной стороне листа бумаги формата «А4 » размером
210 * 297 мм, с рамками по ГОСТу.
Оформление пояснительной записки должно соответствовать
ГОСТ 2.105 - 95 и требованиям методического пособия ВГПТ на курсовое и дипломное проектирование.
Повторяющиеся расчеты приводятся один раз; результаты последующих расчетов сводятся в соответствующие таблицы. Сокращение слов, за исключением общепринятых (например: т.е., и т.д., и т.п. и др.) не допускаются. Обозначения единиц измерения принимаются по ГОСТ.
На применяемые в записке зависимости, формулы, нормативы, типовые формулировки приводятся ссылки на источники, откуда они заимствованы согласно требованиям ГОСТ 2.105 – 95.В тексте пояснительной записки следует приводить ссылки на графические материалы проекта.в необходимых случаях указываются номера позиций чертежа.
Иллюстрации с поясняющимися надписями (таблицы, графики, схемы, рисунки) нумеруются последовательно и помещаются в тексте записки.
В список использованных источников включают все использованные пособия, справочники, каталоги, которыми учащийся пользовался в процессе работы над проектом.
1.5.1.2 Предлагается следующий вариант содержания пояснительной записки:
-введение
-характеристика объекта электроснабжения
-классификация помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности
-категория надежности электроснабжения и выбор схемы объекта
-расчетный раздел
а) расчет электрических нагрузок цеха
б) расчет и выбор компенсирующего устройства
в)расчет и выбор линий электроснабжения
г) расчет и выбор аппаратов защиты
д) расчет токов короткого замыкания по характерной линии для выбора аппаратов защиты
-заключение
-литература
-приложение ……
Пояснения к содержания пояснительной записки.
В разделе «Введение » следует отразить уровень и основные направления и перспективы развития энергетики Республики Беларусь на данный момент времени, а также обосновать необходимость и значимость темы курсового проекта.
Целесообразно указать руководящие документы (постановления), которые подтверждают изложенное и действуют в текущий момент. От материала общего назначения перейти к проектируемому объекту.
В пояснительной записке по объему это примерно 1 страница.
В разделе «Характеристика объекта электроснабжения » на основе данных темы создать представление о проектируемом объекте, о его назначении и характере технологического процесса.
Дать краткую характеристику силовых нагрузок, обеспечивающих технологический процесс, по режиму работы, системы сети, режиму нейтрали, роду тока, питаемому напряжению.
Руководствуясь классификацией помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности, выбрать и обосновать нужный вариант для помещений, проектируемого объекта. (Приложение Г).
Данные необходимо учитывать при выборе элементов ЭСН цеховой сети.
В разделе «Категория надежности электроснабжения и выбор схемы объекта » руководствуясь классификацией потребителей, выбрать и обосновать выбор категории объекта по надежности электроснабжения, дать определение этой категории. В соответствии с категорией привести схему питания и допустимые перерывы в электроснабжении.
Указать режим работы нейтрали, систему сети, конструктивное выполнение питающих и распределительных сетей (радиальные, магистральные, смешанные схемы питания).
Проанализировав размещение оборудования на планировке необходимо провести распределения электроприемников по распределительным устройствам, продумывая при этом предполагаемую схему электроснабжения объекта, прокладку питающих и распределительных сетей.
В «Расчетном разделе » пояснительной записки должна содержаться
информация о методе расчета электрических нагрузок объекта, режимах работы электроприемников, должны быть выполнены необходимые расчеты по приведению мощности электроприемников режима ПКР и однофазных приемников в приведенную трехфазную мощность (приложение Д).
Расчет электрических нагрузок для каждой силовой сборки объекта произвести методом расчетного коэффициента. Метод расчетного коэффициента изложен
в [ 1.2.3 ], а также в приложении Ж.
По итогам расчета электрических нагрузок объекта составляется
«Сводная ведомость нагрузок » таблица 1.
Расчет и выбор компенсирующей установки производится по методике приведенной в приложение К.
Компенсирующая установка присоединяется на ШНН – производится централизованная компенсация реактивной мощности.
Полученные результаты заносятся в «Сводную ведомость нагрузок » объекта таблица 1.
В разделе «Расчет и выбор линий электроснабжения » производится выбор марки и сечения проводов и кабелей по допустимому нагреву, а затем расчет и выбор аппаратов защиты и распределительных устройств. Выбор линий электроснабжения, аппаратов защиты и распределительных устройств изложен в [ 1,2,3 ].
Для прокладки питающих сетей, соединяющие распределительные устройства трансформаторных подстанций и шинопроводы или силовые пункты цеховых сетей, использовать кабель, а для прокладки распределительных сетей изолированные проводники.
В качестве аппаратов защиты рекомендуется использовать автоматические выключатели серии ВА.
По итогам расчета и выбора линий электроснабжения и аппаратов защиты составляется «Сводная ведомость аппаратов защиты и линий электроснабжения » таблица 2.
Расчет токов короткого замыкания производить методом именованных единиц по [ 6 ], предварительно выбрав характерную линию - обычно это линия с наиболее мощным или наиболее удаленным электроприемником.
Для выбранной характерной линии составляется расчетная схема, схема замещения. наносятся необходимые данные, выбираются и нумеруются точки КЗ. Рассчитываются токи КЗ в выбранных точках и заполняется таблица
«Сводная ведомость токов КЗ по точкам » таблица 3.
В последнем разделе «Заключение » приводятся итоговые цифры расчета электрических нагрузок, категория электроснабжения и схема питания объекта, система сети СЭС объекта, режим работы нейтрали, конструктивное выполнение питающих и распределительных сетей, марка применяемых аппаратов защиты, распределительных устройств.
Пример оформления титульного листа дается в приложении А.
После титульного листа помещается оригинал задания на проект, а за ним содержание, в котором приводится перечень всех материалов проекта. Пример оформления содержания приводится в приложении В.
Текст записки должен быть сжатым и лаконичным, но в тоже время достаточно полным и технически грамотно изложенным. Записка оформляется на одной стороне листа бумаги формата «А4 » размером
210 * 297 мм, с рамками по ГОСТу.
Оформление пояснительной записки должно соответствовать
ГОСТ 2.105 - 95 и требованиям методического пособия ВГПТ на курсовое и дипломное проектирование.
Повторяющиеся расчеты приводятся один раз; результаты последующих расчетов сводятся в соответствующие таблицы. Сокращение слов, за исключением общепринятых (например: т.е., и т.д., и т.п. и др.) не допускаются. Обозначения единиц измерения принимаются по ГОСТ.
На применяемые в записке зависимости, формулы, нормативы, типовые формулировки приводятся ссылки на источники, откуда они заимствованы согласно требованиям ГОСТ 2.105 – 95.В тексте пояснительной записки следует приводить ссылки на графические материалы проекта в необходимых случаях указываются номера позиций чертежа.
Иллюстрации с поясняющимися надписями (таблицы, графики, схемы, рисунки) нумеруются последовательно и помещаются в тексте записки.
В список использованных источников включают все использованные пособия, справочники, каталоги, которыми учащийся пользовался в процессе работы над проектом.
1.5.2 Графическая часть
Графические материалы (чертежи) составляются в процессе работы над проектом вначале в виде эскизов и набросков, а после просмотра руководителем проекта оформляются в электронном виде с помощью графической программы ” S p l a n – 6,0 ” на листе ватмана «А 2 »
формата размером 594 * 420 мм.
Планы и разрезы строительной части цехов и подстанций выполняются в масштабе 1: 100, а фасады и разрезы комплектных устройств (щитов, камер, пультов, шкафов) 1: 10,1: 20.
2 Состав курсового проекта
2.1 Выбор схемы электроснабжения
Располагая сведениями об электроприемниках, учащийся должен сгруппировать электроприемники ступеням распределения (пунктам питания). Количество и размещение пунктов питания определяется из числа и мощности электроприемников их территориального размещения на объекте. При всех условиях пункты питания размещаются возможно ближе к центрам нагрузок, в местах удобных для подвода электрических коммуникаций – проводов, кабелей, шинопроводов, удобства монтажа и дальнейшей эксплуатации. При этом надо стремиться к тому, чтобы нагрузки на пункты питания были равновеликими.
Располагая планировкой учащийся приступает к выбору схемы питания электроприемников. В современных промышленных электроустановках используются магистральная, радиальная и смешанная схемы распределения электроэнергии. Радиальная схема применяется преимущественно в тех случаях, когда нагрузки располагаются в разных направлениях от центра питания, имеют сосредоточенный характер и при наличии мощных потребителей энергии, питание которых целесообразно осуществлять непосредственно от распределительного устройства ТП.
Магистральная схема применяется для питания электроприемников, не нуждающихся в централизованном или сблокированном режиме работы и расположенном в одном направлении от пункта питания.
Наибольшее распространение находят смешанные схемы электрических сетей, сочетающие в себе элементы как радиальных так и магистральных схем. Выбирая схему распределения, учащийся должен учитывать необходимость резервирования питания электроприемников первой и второй категории в отношении обеспечения надежности электроснабжения. Резервирование питания для них должно осуществляться с помощью устройства автоматического ввода резерва (АВР).
Выбор схемы питания электроприемников производится по указаниям, приводимым в [ 1,2,3 ].
При равномерном расположении электрооборудования предпочтение надо отдавать схемам «Трансформатор – магистраль ».
В качестве магистральной линии выбирается магистральный шинопровод серии ШМА, к нему через коммутационные аппараты подключаются распределительные пункты, шинные сборки, крупные электроприемники.
Присоединение электроприемников к распределительным пунктам может быть одиночным или отдельными группами с подключением их
«цепочкой ». При этом не следует объединять в одну группу более трех электроприемников, а также электроприемники механизмов различного технологического назначения.
Выбор распределительных пунктов производится по справочной литературе.
Условные обозначения элементов на плане выполняются по ГОСТ 2.755 – 87, ГОСТ 21614 – 88, ГОСТ 21613 – 88, ГОСТ 21608 – 84.
2.2 Расчет электрических нагрузок.
Порядок расчета:
1. Расчет выполняется по форме таблицы 1 «Сводная ведомость электрических нагрузок объекта ».
2. Расчет электрических нагрузок электроприемников до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шкафа, сборки, распределительного шинопровода).
3. Данные для расчета (графы 1,2,3,5,6,7 таблицы 1) заполняются на основании задания и согласно справочным материалам.
4. В графах 9,10 соответственно записываются построчно величины, рассчитанные по формулам 8, 9 приложения Ж. В итоговой строке определяются суммы этих величин.
5. Определяется групповой коэффициент использования для данного узла питания по формуле 3 приложения Ж. Значение Ки заносят в графу 5 итоговой строки.
6.При расчете эффективного числа электроприемников n э, для каждого узла питания, используются упрощенные формулы приложение Л.
Найденное значение n э округляется до ближайшего меньшего числа.
7.В зависимости от средневзвешенного значения коэффициента использования и эффективного числа электроприемников n э по таблице 4 определяется значение коэффициента расчетной мощности К р результат заносится в графу 12 таблицы 1.
8. В графах 13,14 соответственно записываются построчно величины, рассчитанные по формулам 1,4 или 5 приложения Ж.
9.В графе 15 записывается величина расчетной полной нагрузки рассчитанная по формуле 7 приложения Ж.
10.Значение токовой расчетной нагрузки определяется по выражению:
Sр
Iр = -----------------------
√3 * Uн * cos φ
полученное значение токовой расчетной нагрузки записывается в графу 16
приложения Ж.
2.3 Конструктивное выполнение сети.
Конструкция сети выбирается с учетом ряда факторов:принятой схемы сети и расчетного сечения ее токоведущих элементов, мест прокладки и протяженности отдельных участков, условий окружающей среды. Учитывается требования техники безопасности и пожарной безопасности, выполнение монтажа современными методами, удобство эксплуатации. Материал токоведущих жил проводов, кабелей и шин (алюминий, медь) выбирается исходя из конкретных условий работы сети, но преимущественно из алюминия. Следует отдавать предпочтение проводам и кабелям с изоляцией и оболочкой из пластических масс (АПВ, АВВГ).
Кабель и провода могут монтироваться открыто и скрыто. Способ прокладки выбирается по условиям работы на объекте.
Открытые прокладки проводов выполняются по лотковым конструкциям и в коробах, в виде тросовых подвесок различного исполнения.
Скрыто провода прокладываются в изоляционных трубах (полиэтиленовых, стальных, винипластовых), в каналах строительных конструкций, замоноличиваются в строительные части зданий.Прокладки проводов и кабелей в стальных водогазопроводных трубах разрешаются только во взрывоопасных помещениях классов В - I и B – II, в сырых помещениях с агрессивной средой, а также при опасности воздействия на кабели значительных механических усилий.
В остальных случаях применяются стальные тонкостенные электросварные и пластмассовые трубы.
Выполнение внутренних сетей промышленных предприятий токопроводами
на различные токовые нагрузки (250 А и более) наиболее прогрессивно.
Существенное преимущество имеет выполнение распределительных сетей
шинопроводами переменного тока защищенного исполнения (ШРА) на токи 100, 250, 400А, а также магистрально-распределительные шинопроводы (серии ШМА) на токи 1250,1600,2500 А.
2.4 Расчет сети.
Расчетом сети определяются наименьшие сечения проводов, кабелей и шин, при которых соблюдались бы действующие нормы ПУЭ в отношении:
- нагрева проводников в нормальном и аварийных режимах;
- защиты отдельных участков сети;
- соответствия выбранных проводников аппаратам защиты.
Расчет следует выполнять в соответствии с указаниями, приводимыми
в справочных пособиях и литературе.
При выполнении расчета необходимо предусматривать сечение токоведущих
частей с учетом перспективы увеличения электрической нагрузки на объекте.
2.4.1Выбор марки и сечения проводов и кабелей.
Сечение проводов по нагреву определяется по таблицам допустимых токов ПУЭ составленных для нормальных условий прокладки в зависимости от расчетных значений длительно допустимых токовых нагрузок.
Iд ≥ Iр
где Iр – расчетный ток проводника, А
Ток нагрузки Iр равный Iн определяется для большинства трехфазных электроприемников по формуле:
Рн
Iр = -----------------------
√3 * Uн * cos φ
где Рн - номинальная активная мощность электроприемника, кВт;
Uн – номинальное линейное напряжение сети, кВ;
cos φ – номинальный коэффициент активной мощности.
Для однофазных электроприемников силовой сети, подключенных на линейное напряжение 380 В:
Sн
Iн = ---------
Uн
Для четырехпроводных и пятипроводных линий, проложенных в трубах или каналах строительных конструкций, питающих электроприемники (силовые и осветительные с лампами накаливания), допустимые токовые нагрузки принимаются, как для трехжильных проводов, прокладываемых в одной трубе.
Проводники с медными жилами следует применять в электрических сетях во взрывоопасных помещениях классов В 1 и В 1а, а также в силовых сетях крановых установок, вентиляторов, передвижных сварочных трансформаторов.
Для взрывоопасных помещений
Iд ≥ 1,25 Iр
При повторно – кратковременном и кратковременных режимах работы сети
(например: сварочные трансформаторы, лифты) расчетную токовую нагрузку следует приводить к длительному режиму по формуле:
Iпн √ ПВ
Iприв. = --------------- ≤ Iд
0,875
где I пн – номинальный ток при паспортной продолжительности включения (ПВ).
Данная формула применяется для алюминиевых проводов сечением более
16 мм.
Для проводов меньших сечений токовые нагрузки применяются такими
Как для длительного режима
I д ≥ I пн
По механической прочности минимальные сечения алюминиевых жил проводов и кабелей для присоединения к неподвижным электроприемникам внутри помещений должны быть не менее 4 мм – при прокладке на изоляторах, 2,5 мм – при других способах прокладки.
Сечение нулевого провода следует принимать равным или большим половины фазного сечения, но не меньшим, чем требуемое по механической прочности.
2.4.2 Выбор аппаратуры защиты.
Аппараты защиты должны выбираться из условия их устойчивой работы в нормальных и аварийных режимах сети. По своей отключающей способности они должны соответствовать токам, возникающим в следствии перегрузок технологических механизмов и коротких замыканий в сети.
Аппараты защиты выбираются для ответвлений, на соновании номинальных данных электроприемников, а на отдельных участках сети – исходя из расчетных нагрузок на защищаемом участке сети. Исполнение аппаратов выбирается с учетом условий размещения аппаратов на объекте. Должна быть обеспечена селективность работы защиты то есть соблюдение условия, при которых, в первую очередь, срабатывает аппарат ближайший к участку сети с нарушенным токовым режимом.
Для защиты сетей используются плавкие предохранители, а также автоматические выключатели. Для защиты от перегрузки отдельных ответвлений к электроприемникам рекомендуется использовать тепловое реле, автоматические выключатели. При выборе защиты от токов короткого замыкания предпочтение следует отдавать автоматическим выключателям, особенно в тех установках, где по условиям эксплуатации свойственны частые аварийные отключения.
Выбор аппаратов защиты изложен в [ 1,2,3,6 ].
Расчет и выбор сечений проводов, кабелей и аппаратов защиты оформляется в виде таблицы 2 «Сводная ведомость электроприемников и линии электроснабжения объекта ».
2.4.3 Короткие замыкания в сети вызывают весьма серьезные нарушения работы электроустановок, что в свою очередь влияет на исправность аппаратов других элементов сети.
Расчет токов короткого замыкания при проектировании объекта проводится методом именованных единиц. Метод изложен в [ 6 ].