Модернизация системы электроснабжения цеха

Модернизация системы электроснабжения цеха

2.1 Расчёт мощности и выбор ламп

Основной задачей данного расчета является определение числа и мощности ламп светильников, необходимых для обеспечения заданной освещенности. При освещении лампами накаливания, а также лампами типа ДРЛ, ДРИ обычно число и размещение светильников намечают до светотехнического расчета, а в процессе расчета определяют необходимую мощность лампы. При выборе лампы стандартной мощности допускается отклонение ее номинального потока от расчетного в пределах от -10% до +20%. При невозможности выбрать лампу, поток которой лежит в указанных пределах, изменяют число светильников.

При освещении люминесцентными лампами предварительно намечают число и расположение рядов светильников, а затем рассчитывают число и мощность светильников, установленных в каждом ряду.

Произведём расчёт цеха готовой продукции.

Находим расчётную высоту от условной рабочей поверхности до светильника, м

где, Н — высота помещения 9 м.

— высота расчётной поверхности над полом 1,2 м.

— расстояние от светильника до перекрытия 0,8 м.

Находим расстояние между светильниками

Находим расстояние от стен

Определяем число рядов светильников

Определяем число светильников в ряду

При выборе схемы питания освещения в помещениях цеха мы учитываем требования: степень надежности питания, регламентированные уровни и колебания напряжения у источников питания, простота и удобство коллективной эксплуатации, требования к управлению освещением, экономичность установки. Различают магистральную, схему питания, также смешанная схема питания. Для проектируемого цеха мы выбираем смешанную схему питания.

Осветительные щитки и шкафы в основном выпускаются с автоматическими выключателями серий АЕ-1000, АЕ-2000, ВА51-31 и др.

Групповые осветительные щитки должны располагаться в помещениях с благоприятными условиями среды и удобных для обслуживания, по возможности ближе к центру питаемых от них нагрузок. Нельзя располагать их в кабинетах, складах и других запираемых помещениях, в цехах промышленных предприятий осветительные щитки размещают в электропомещениях, проходах или других удобных для обслуживания помещениях.

Если управление освещением производится со щитков, то рекомендуется щитки размещать так, чтобы с места их установки были видны включаемые светильники.

Для рабочего освещения выбираем щиток ЩО 32-32, который укомплектован автоматическими выключателями серии ВА51-31.

Для аварийного освещения выбираем щиток ЩО 32-21 который укомплектован автоматическими выключателями серии ВА51-31. (Рис. 2.2)

2.3 Расчёт сечений проводов (кабелей) групповой и питающей сетии проверка по потере напряжения

Для питания ЩРО и ЩАО выбираем кабель АВВГ.

Расчет электрических осветительных сетей имеет целью определения сечений проводов, гарантируемых: необходимые напряжения на источниках света, допустимые плотности тока и необходимую механическую прочность сети. Основным является расчет сети по величине расчетных потерь напряжения.

Величина допустимых потерь напряжения в сети:

где, 105 — номинальное значение при холостом ходе трансформатора;

— допустимое напряжение = 5%

С учётом значений в трансформаторе выражение (2.16) может быть представлено в виде

Исходя из паспортных данных трансформатора:

Потери напряжения в трансформаторах с достаточной для практических целей точностью могут быть определены по формуле:

где, — коэффициент загрузки трансформатора;

и — активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, %

— коэффициент мощности нагрузки трансформатора.

Значения и определяем по формулам:

где, — потери короткого замыкания, кВт;

— номинальная мощность трансформатора, кВ·А;

— напряжение короткого замыкания, %.

По формуле (2.18) определяем потери напряжения в трансформаторе:

По формуле (2.17) определяем допустимую потерю напряжения в осветительной сети.:

Определяем расчётные активные нагрузки линии по формуле:

где, — коэффициент спроса осветительной нагрузки

— коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре.

— номинальная мощность лампы

n — количество ламп

Для линии 1,2: кВт

Для линий 3,4: кВт

Для линий 5: кВт

Для линий 6: кВт

Для линий 7: кВт

Для линий 8: кВт

Для линий 9: кВт

Для линии, питающей один осветительный щиток, расчётная нагрузка равна:

Вычисляем собственные моменты линии по формуле:

Для линий 1,2,3,4,5,6,7,8,9 расчёт аналогичен.

Находим сумму всех моментов:

Рассчитываем площадь сечения жил кабеля питающей линии по формуле:

где С — расчётный коэффициент, величина которого принимается по таблице

Выбираем пятижильный кабель АВВГ 5?2,5 сА

Выполняем расчёт питающей линии по допустимому нагреву:

Производим расчет питающей линии:

Так как 19>14,8 то выбранное по допустимой потере напряжения сечение жил кабеля подходит.

Определяем фактическую потерю напряжения в питающей линии.

Вычисляем оставшуюся величину допустимой потери напряжения, по которой рассчитывается групповая линии:

Для линий 1,2,3,4,5,6,7 расчёт аналогичен. Расчет для остальных осветительных линий аналогичен все результаты сводятся в таблицу 2.3

2.4 Защита осветительной сети и выбор аппаратов защиты

Аппараты защиты (автоматические выключатели и предохранители) в сетях с глухозаземленнойнейтралью напряжением 380/220В должны: согласно ПУЭ по своей отключающей способности соответствовать максимальному значению тока КЗ (и обеспечивать надежное отключение одно- и многофазных замыканий); быть выбраны по расчетному току сети (номинальному току и с учетом пускового тока электроприемника, и напряжению сети) и не отключать установку: при перегрузках (одновременное включение: нескольких электродвигателей, группы ламп, пики технологических нагрузок, токи при самозапуске и т.п.); соответствовать требованиям селективности.

Требование о наименьшем времени отключения обеспечивается правильным выбором аппаратов защиты, их конструкцией и защитной характеристикой. Защита должна отключать аварийный участок при КЗ в конце защищенной линии. Исходными данными для выбора аппаратов защиты являются расчётный ток осветительной нагрузки.

Из таблицы 14.8 [13] выбираем автоматический выключатель серии ВА по следующему условию:

где — номинальный ток тепловогорасцепителя.

Условию (2.4.1) удовлетворяет автоматический выключатель

Аналогично осуществляем выбор автоматических выключателей для других линии осветительной сети, и результаты заносим в таблицу 2.3 — Защита осветительной сети и выбор аппаратов защиты.

Таблица 2.3 — Защита осветительной сети и выбор аппаратов защиты

2.5Техническое обоснование выбора варианта схемы электроснабжения

Внутрицеховые сети делятся на два вида: питающие и распределительные.

Питающие отходят от источника питания (ТП) к распределительным шкафам (РШ), к распределительным шинопроводам или к отдельным крупным ЭП. В некоторых случаях питающая сеть выполняется по схеме БТМ (блок трансформатор-магистраль). В этом случае от трансформатора КТП отходит магистральныйшинопровод (магистраль), предназначенный для передачи электроэнергии нескольким РШ или нескольким ЭП, присоединённым к магистрали в различных точках. Отдельные приёмники и РШ в этом случае присоединяются к магистрали с помощью ответвлений. Распределительные внутрицеховые сети — это сети, к которым непосредственно подключаются различные ЭП цеха.

Распределительные сети выполняются с помощью распределительных шинопроводов (ШРА) и распределительных шкафов.

Радиальные схемы применяют при наличии групп сосредоточенных нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, во взрыво- и пожароопасных цехах, в цехах с химически активной и аналогичной средой. Радиальные схемы нашли широкое применение в насосных и компрессорных станциях, на предприятиях нефтехимической промышленности, в литейных и других цехах. Радиальные схемы внутрицеховых сетей выполняют кабелями или изолированными проводами. Они могут быть применены для нагрузок любой категории надёжности.

Достоинства радиальных схем является их высокая надёжность, так как авария на одной линии не влияет на работу ЭП, подключенных к другой линии. Недостатками радиальных схем являются: малая экономичность, связанная со значительным расходом проводникового материала, труб, распределительных шкафов; большое число защитной и коммутационной аппаратуры; ограниченная гибкость сети при перемещениях ЭП, вызванных изменением технологического процесса; невысокая степень индустриализации монтажа.

Магистральные схемы целесообразно применять для питания силовых и осветительных нагрузок, распределённых относительно равномерно по площади цеха, а также для питания группы ЭП, принадлежащих одной линии. При магистральных схемах одна питающая магистраль обслуживает несколько распределительных шкафов и крупные ЭП цеха. Одной из разновидностей магистральных схем является схема БТМ Схемы БТМ широко применяются для питания цеховых сетей механических цехов машиностроительных предприятий с поточным производством. Для обеспечения универсальности сети необходимо питающую магистраль рассчитать на передачу всей мощности трансформатора, распределительные.

Смешанные (комбинированные) схемы сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем и пригодные для любой категории электроснабжения. Такие схемы применяются в прокатных и мартеновских цехах металлургической промышленности, в кузнечных, котельных и механосборочных цехах, на обогатительных фабриках и т.п. В смешанных схемах от главных питающих магистралей и их ответвлений электроприёмники питаются через распределительные шкафы РШ или шинопроводы ШРА в зависимости от расположения оборудования в цехе.

На участках с малой нагрузкой, где прокладка распределительных шинопроводов нецелесообразна, устанавливаются распределительные шкафы, присоединяемые к ближайшим шинопроводам (распределительным или магистральным). РШ устанавливаются вблизи места расположения ЭП при среднем радиусе отходящих от РШ линий 10-30 м.

На данный выбор схемы внутрицеховых электрических сетей оказывают большое влияние условия окружающей среды цеха. Они определяются температурой воздуха, влажностью, наличием агрессивных газов или пыли, возможностью возникновения взрыва или пожара.

Цех готовой продукции является потребителем третей категории, с нормальной средой. Оборудование в цеху расположено равномерно, поэтому для достижения наилучшего экономического эффекта выбираем смешанную схему питания, которая будет состоять из 5 ШР.

2.6 Расчет электрических нагрузок

Для расчета электрических нагрузок цеха воспользуемся методом упорядоченных диаграмм, который позволяет довольно точно определить ожидаемые электрические нагрузки по данным электроприемников и дает возможность обоснованно выбрать любой элемент системы электроснабжения.

Расчет выполняется по узлам питания системы электроснабжения, т.е. электроприемники распределяются на группы, которые будут запитываться от силовых шкафов или распределительных шинопроводов. Распределение на группы проводят исходя из расположения на плане предприятия электрооборудования и таким образом, чтобы обеспечить наибольшую экономичность монтажа всех элементов системы электроснабжения.

Проведем расчет для группы электроприемников, запитываемых от распределительного шкафа ШР1.

Определим суммарную номинальную мощность данной группы:

Рассчитаем групповой коэффициент использования Ки и групповой коэффициент использования мощности tg:

Определяем среднюю активную и реактивную нагрузки за наиболее загруженную смену:

Рассчитаем эффективное число электроприемников nэ — такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и данная группа различных по мощности и режиму работы электроприемников:

Зная эффективное число электроприемников и групповой коэффициент использования по таблице [4] определяем коэффициент расчетной мощности:

Через коэффициент расчетной мощности определяем расчетную активную нагрузку данной группы электроприемников.

Т.к. эффективное число электроприемников nэ < 10, то реактивная расчетная нагрузка определяется следующим образом:

Рассчитаем полную расчетную мощность и расчетный ток группы электроприемников:

Аналогично проведем расчет для остальных групп электроприемников и полученные результаты занесем в таблицу 2.4

Таблица 2.4 — Расчёт электрических нагрузок

Одного ЭП Рн,

Общая Рн= nРн,

Станок шлифовальный

Станок сверлильный

Станок токарный

2.7Расчет мощности компенсирующего устройствареактивной мощности

Наличие реактивных токов потребителей электрической энергии вызывает дополнительные потери активной мощности в проводах электрической сети. Снижение потребления реактивной мощности осуществляют путем компенсации реактивной мощности.

Рассчитаем мощность компенсирующего устройства реактивной мощности Qк.у.

Определим tgфакт — угол сдвига фаз, соответствующий фактическому коэффициенту использования мощности до компенсации:

Чтобы поддерживать коэффициент мощности cosблизким к 0,95 (которому соответствует tg= 0,33), т.е. увеличить коэффициент мощности, необходимо уменьшить (скомпенсировать) реактивную мощность. Для этого необходимо установить компенсирующее устройство мощностью:

Из таблицы 1.5 [4] выбираем конденсаторную батарею УК2-0,415-60 ТЗ.

Рассчитаем реактивную расчетную и полную расчетную мощности и фактический коэффициент мощности после компенсации:

кВА (2.40)

Построим треугольник мощностей до и после компенсации реактивной мощности (рисунке 2.3):

Рисунок 2.3 — Диаграмма работы компенсирующего устройства

2.8 Выбор числа и мощности трансформаторов КТП

Полная мощность КТП находится по формуле:

По формуле 2.8.1 найдём полную мощность КТП:

Выбираем мощность КТП:

Выбор производится из номинальных мощностей трансформаторов (SН ТР — ОВ: 160; 250; 400; 630; 1000) с учётом коэффициента загрузки. Т. е. коэффициент загрузки должен колебаться в пределах 0,85…0,95.

Выбираем трансформатор ТСЗ-160/10/0.4.

Правильность выбора трансформатора проверяется по коэффициенту загрузки:

Трансформатор недогружен и имеет резерв для расширения производства.

2.9Расчёт параметров и выбор аппаратов защитыраспределительной сети

Для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания и перегрузок применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя определяется по величине длительного (расчетного) тока и по условию перегрузок пиковыми токами. Предохранитель определяется из условия:

где — коэффициент кратковременной тепловой перегрузки (учитывает условия пуска двигателя), для легких пусков с длительностью пуска до 5 секунд, а также при редких пусках = 2,5

— пусковой ток.

Iн — номинальный ток.

Номинальный ток определяется по формуле:

При выборе предохранителя в качестве принимается номинальный ток электроприемника, Для вентиляции -. для остальных станков — .

Пусковой ток электродвигателя определяется по формуле:

По формуле 2.45 найдем номинальный ток токарного станка №15:

По формуле 2.46 найдём пусковой ток двигателя:

Из условия 2.44 находим номинальный ток плавкой вставки:

Выбираем предохранитель для большего значения тока плавкой вставки: ПН2 100/100.

Для вентиляции выбор аппаратов защиты производится по току двигателя. Для тепловой завесы и вентилятора необходимо выбрать электродвигатели. Для тепловой завесы выбираем двигатель серии 4А100L4Y3 со следующими характеристиками: Pном =5,5 кВт, Iном =8,6 А, КПД=84%, cosц=084, Iпуск /Iном =6А.

По таблице 4 [1] выбираем магнитный пускатель ПМЛ-1000 и тепловое реле РТЛ-1014. Аналогичен выбор и для второй завесы. Для вентилятора выбираем двигатель серии 4А90L4Y3 со следующими характеристиками: Pном =7,5 кВт, Iном =11,5А, КПД=84%, cosц=084, Iпуск /Iном =6А.

По таблице 4 [1] выбираем магнитный пускатель ПМЛ-2000 и тепловое реле РТЛ-1016. Аналогичен выбор и для второго вентилятора. Выбранные в ходе расчетов аппараты защиты, электродвигатели и магнитные заносим в таблицу 2.5.

2.10 Расчёт распределительной сети, выбор проводов и кабелей

Согласно ПУЭ выбор проводов и кабелей производится по предельно допустимому соотношению между током срабатывания защитного аппарата Iз и длительно допустимым током по нагреву Iдд. Для проводников силовых и осветительных цепей сечение определяется из условия:

где Iз — номинальный ток расцепителя автоматического выключателя или номинальный ток плавкой вставки предохранителя.

Кз =0,33 для предохранителя.

Для примера выберем провод для токарного станка по условию 2.47:

По таблице выбираем провод АПВ 4 (1?6,0).

Для остального электрооборудования провода и кабели выбираются аналогично.

2.11 Выбор электрооборудования КТП и питающих сетей

Шкаф ввода высокого напряжения комплектуем высоковольтным выключателем ВНПр-10 на ток, высоковольтным предохранителем серии ПКТ-101 10/10.

Шкаф ввода низкого напряжения комплектуем 3-х фазным счетчиком электронным много тарифным «Гран-Электро» СС-301, вольтметром Э8021 450В, амперметром Э8021 300/5А с трансформатором тока ТК-20 300/5 и автоматическим выключателем серии ВА51-37 400/320.

ШР1 комплектуем амперметром Э8021 50/5, трансформатором тока ТК-20 50/5. С учётом селективности выбираем автоматический выключатель ВА51-31 100/50. Питающий кабель для ШР1 выбираем по условию 2.10.1:

ШР1 — АВВГ 5х16

Iпр. ? 36,8 А.

Iпр. ? Кз МIз ?1М50?50 А.

ШР2 комплектуем амперметром Э8021 50/5, трансформатором тока ТК-20 50/5. С учётом селективности выбираем автоматический выключатель ВА51-31 100/50. Питающий кабель для ШР2 выбираем по условию 2.41:

ШР2 — АВВГ 5х16

Iпр. ? 36,8 А.

Iпр. ? Кз МIз ?1М50?50 А.

ШР3 комплектуем амперметром Э8021 50/5, трансформатором тока ТК-20 50/5. С учётом селективности выбираем автоматический выключатель ВА51-31 100/63. Питающий кабель для ШР3 выбираем по условию 2.41:

ШР3 — АВВГ 5х25

Iпр. ? 44,7 А.

Iпр. ? Кз МIз ?1М63?63 А.

ШР4 комплектуем амперметром Э8021 50/5, трансформатором тока ТК-20 50/5. С учётом селективности выбираем автоматический выключатель ВА51-31 100/63. Питающий кабель для ШР4 выбираем по условию 2.41:

ШР4 — АВВГ 5х25

Iпр. ? 45,5 А.

Iпр. ? Кз МIз ?1М63?63 А.

ШР5 комплектуем амперметром Э8021 50/5, трансформатором тока ТК-20 50/5. С учётом селективности выбираем автоматический выключатель ВА51-31 100/63. Питающий кабель для ШР5 выбираем по условию 2.41:

ШР4 — АВВГ 5х25

Iпр. ? 46,08 А.

Iпр. ? Кз МIз ?1М63?63 А.

2.12 Расчёт сечения жил и выбор питающего кабеля КТП

Сечение жил кабеля по экономической плотности тока определяется по выражении:

где — расчетный ток линии,

-экономическая плотность тока, в А/мм?, определяется в зависимости от материала и времени использования максимальной нагрузки (= 1,4 А/мм?)

Проверка сечения кабеля по нагреву и термической стойкости при КЗ осуществляется по следующей формуле:

Где — приведенное время, в течение которого установившийся ток к.з. -выделяет то же количество тепла, что и изменяющийся во времени ток к.з.

=0,16 с, =4,3 кА.

С — коэффициент, зависящий от материала и формы проводника. Для кабелей с алюминиевыми жилами С = 85.

Расчётный ток на стороне высокого напряжения определяется по формуле:

Определяем расчетный ток

Рассчитываем сечение питающей сети по формуле 2.42:

Рассчитанное сечение необходимо проверить на термическое действие токов короткого замыкания по формуле 2.43

Отсюда следует, что с учетом термического действия токов к.з. нам необходимо выбрать кабель ААБ 3 х 25 с сечением жил 25 мм?.

2.13 Расчёт заземляющего устройства

Заземляющее устройство или заземление служит для защиты персонала от поражения электрическим током при возникновении напряжения на металлических частях аппаратов не находящихся под напряжением в нормальном состоянии. А также для защиты электроустановок при нарушении, установленных для них режимов работы.

Для расчёта числа заземлителей определяют тип заземлителей, их количество и место размещения, а так же сечение заземляющих проводников.

Рассчитаем количество электродов контура заземления комплектной трансформаторной подстанции, установленной внутри цеха, если удельное сопротивление грунта — глина с = 40 Ом • м (4000 Ом • см)

Выберем в качестве заземлителя угловую сталь размером 50?50?5 мм и длинной 2,5 м.

Сопротивление вертикальных электродов определяем по формуле

Количество электродов определяем по формуле

где з — коэффициент экранирования ( = 0,59),

Rз — суммарное сопротивление заземляющего устройства (4 Ом).

По формуле 2.51 определим сопротивление вертикальных электродов

Количество вертикальных электродов определим по формуле 2.52

Размещение электродов приведено на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4. Схема размещения электродов

2.14 Грозозащита здания цеха

Атмосферные перенапряжения. Возникают вследствие воздействия на электроустановки грозовых разрядов. В отличие от коммутационных перенапряжений они не зависят от величины рабочего напряжения электроустановки. Атмосферные перенапряжения подразделяют на индуцированные перенапряжения и перенапряжения от прямых ударов молнии.

Перенапряжения от прямых ударов молнии наиболее опасны. Измерения показывают, что токи молнии изменяются в пределах 10…250 кА

Для защиты электроустановок, зданий и сооружений от атмосферных перенапряжений применяют защитные тросы, разрядники, молниеотводы.

Молниеотвод защищает сооружение от прямых ударов молнии. Стержневой молниеотвод представляет собой высокий столб с проложенным на нём по всей длине стальным проводом, соединенным с заземлителем. Тросовый молниеотвод — это заземлённый в нескольких точках стальной трос.

Все здания и сооружения подразделяются на три категории:

I — производственные здания и сооружения со взрывоопасными помещениями классов В — I и В — II по ПУЭ; здания электростанций и подстанций.

II — другие здания и сооружения со взрывоопасными помещениями, не относимые к I категории;

III — все остальные здания и сооружения, в том числе и пожароопасные помещения.

Молниезащита зданий и сооружений I категории выполняется: от прямых ударов молнии отдельностоящими стержневыми и тросовыми молниеотводами, обеспечивающими требуемую зону защиты от электрической индукции — заземлением всех металлических корпусов оборудования и аппаратов, установленных в защищаемых зданиях через специальные заземлители с сопротивлением растеканию тока не более 10 Ом.

Молниезащита зданий и сооружений II категории от прямых ударов молнии выполняется отдельно стоящими стержневыми и тросовыми молниеотводами, обеспечивающими защитную зону;

молниеприёмной заземленной металлической сеткой размерами 6 х 6 м, накладываемой на неметаллическую кровлю;

заземление металлической кровли.

Защита зданий III категории выполняется, как и для II категории, но при этом молниеприёмная сетка имеет ячейки размером 12 х 12 или 6 х 24, а величина сопротивления заземлителя от прямых ударов молнии может повышаться до 20 Ом.

Так как цех готовой продукции относится к помещениям III категории то выполняем молниеприёмную сетку с размером ячейки 12 х 12 м рисунок 2.5.

Рисунок 2.5-Схема молниеприемной сетки

3.Технологический раздел

3.1Организация монтажа электрооборудования системыэлектроснабжения

Организация и производство электромонтажных работ на объектах монтажа осуществляется в соответствии с требованиями СНиП «Электротехнические устройства».

Электромонтажные работы выполняют в две стадии. На первой стадии осуществляют подготовительные работы в МЭЗ и подготовительные работы непосредственно на монтажных объектах. В мастерских (вне зоны монтажа) изготовляют и собирают из элементов укрупненные блоки — шинные, трубные, заземления, электропроводки, кабельных лини и т.д.

Непосредственно на монтажной площадке при определенной готовности строительных работ осуществляют: разметку и подготовку трасс электрических сетей и заземляющих устройств; закладку труб в фундаменты и другие строительные основания при переходе из одного помещения в другое и при выходе наружу; контроль за выполнением установки закладных элементов и деталей для последующего крепления к ним электрооборудования и конструкций; контроль за образованием в процессе строительства проемов, ниш, гнезд, борозд, необходимых для установки электрооборудования и монтажа электропроводок.

На второй стадии выполняют электромонтажные работы непосредственно на монтажном объекте. В такие работы входят установка на подготовленные места электрооборудования и электроконструкций, прокладка по подготовленным трассам готовых элементов электропроводок, подключение электрических сетей к установленным электрооборудованию, аппаратам и приборам.

Состояние строительных работ в помещениях, принимаемых под монтаж электрооборудования, должно обеспечивать нормальное и безопасное ведение электромонтажных работ.

До начала работ второй стадии должны быть закончены строительные и отделочные работы в электротехнических помещениях — в камерах трансформаторов, машинных залах и их подвалах (сборных распределительных устройств, щитов, станций управления) и др.