Разработка схемы электроcнабжения напряжением выше 1 кВ

При разработке схемы электроснабжения предусматриваем раздельную работу линий и трансформаторов, так как при этом снижаются токи короткого замыкания (КЗ), упрощаются схемы коммутации и релейной защиты. В схеме предусматриваем глубокое секционирование всех звеньев от источника питания до шин низшего напряжения цеховых ТП, что значительно повышает надежность электроснабжения.

Распределение электрической энергии на территории промышленного предприятия на напряжении 10 кВ выполняется по радиальной схеме в соответствии с расположением потребителей, их мощности и требуемой степени бесперебойности питания.

Проектируемая ТП будет запитана от шин распределительного пункта (РП), секционированного выключателем для повышения надёжности электроснабжения. Питание на РП подаётся двумя кабелями от главной понизительной подстанции.

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ,

ПУСКОВЫХ И ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ

Для выбора конструкции, вида исполнения и способа установки силового электрооборудования исходными данными являются: номинальное напряжение питающей сети и условия окружающей среды.

Мощность должна быть выбрана такой, чтобы исключить недопустимый нагрев оборудования в нормальных условиях эксплуатации. Кроме того, следует предусматривать применение новых модификаций силового оборудования.

Выбранный электродвигатель должен отвечать следующим требованиям:

1) механические характеристики двигателя должны соответствовать характеристикам рабочего механизма;

2) мощность электродвигателя должна максимально использоваться в процессе работы;

3) исполнение электродвигателей должно соответствовать условиям окружающей среды;

4) характеристики электродвигателя должны соответствовать характеристикам рабочего механизма.

Электродвигатели необходимо выбирать таким образом, чтобы его номинальная мощность соответствовала мощности приводимого механизма т.е.

Р_Н.Д ≥ Р_МЕХ, (2.1)

где Р_Н.Д– номинальная мощность выбираемого двигателя, кВт;

Р_МЕХ – мощность механизма, для которого выбираем двигатель, кВт.

Пример: мощность рециркуляционного электронасоса РЭН1 в/к Р_МЕХ=160 кВт, по условию 2.1 выбираем двигатель серии 6А315S4 с Р_Н.Д.=160кВт.

Аналогично производим выбор электродвигателей и для других механизмов, и результаты сводим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Выбор электродвигателей

Наименование установки	Р_МЕХ, кВт	Р_Н_._Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η,%	К_п
Электронасос РЭН № 1 в/к			6А315S4		0,91	93,7	6,5
Электронасос РЭН № 2 в/к			6А315S4		0,91	93,7	6,5
Электронасос РЭН № 3 в/к			6А315S4		0,91	93,7	6,5

Таблица 2.2 − Выбор высоковольтных двигателей большой мощности

Наименование установки	Р_МЕХ, кВт	Р_Н_._Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η,%	К_п
Электронасос СЭН 1			ДАЗО4-450Х-4 У1		0,88		7,0
Электронасос СЭН 2			ДАЗО4-450Х-4 У1		0,88		7,0
Электронасос СЭН 3			ДАЗО4-450Х-4 У1		0,88		7,0
Электронасос СЭН 4			ДАЗО4-450Х-4 У1		0,88		7,0
Электронасос СЭН 1			ДАЗО4-450Х-4 У1		0,88		7,0

Таблица 2.3 − Выбор приводов задвижек

Наименование установки	Р_МЕХ, кВт	Р_Н_._Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η,%	К_п
Задвижки нагнет. и всас. электронасосов СЭН1,СЭН2,СЭН3,СЭН4	3,2	4,0	4А112МВ6У3		0,81	82,0	6,0

Таблица 2.4 − Выбор двигателей мостового крана

Наименование установки	Р_МЕХ, кВт	Р_Н.Д, кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cosφ	η,%
Мостовой кран	Двигатели перемещения моста	3,5 3,5	3,5 3,5	MTF 111-6 MTF 111-6		0.73 0.73
Двигатель перемещения тележки	7,5	7,5	MTF 211-6		0.70
Двигатель подъёма	7,5	7,5	MTF 211-6		0.70

Аппараты управления и защиты выбирают по номинальному току нагрузки, номинальному напряжению и роду тока питающей сети.

Для защиты двигателей от к.з. выбираем автоматические выключатели, а от перегрузок-тепловые реле, которые идут в комплекте с магнитными пускателями. Для дистанционного управления и защиты от пониженного напряжения применяем магнитные пускатели.

Рассмотрим выбор вышеперечисленной аппаратуры на примере рециркуляционного электронасоса РЭН 1 в/к с двигателем серии 6А315S4 с P_H=160 кВт, n_H=1500 об/мин, cosφ=0,91, η=93,7%, К_П=Ι_П/Ι_Н=6,5.

1 Номинальный ток электродвигателя:

I_Н= , (2.2)

где I_Н- номинальный ток электродвигателя, А;

Р_Н – номинальная мощность двигателя, кВт;

U_Н – номинальное напряжение двигателя, кВ;

η – КПД при номинальной нагрузке;

cos φ – номинальный коэффициент мощности.

I_Н= =285,2 А.

2 Пусковой ток электродвигателя:

I_П=I_Н·К_П, (2.3)

где К_П- кратность пуска двигателя;

I_П- пусковой ток электродвигателя, А.

I_П=285,2·6,5=1853,7А.

3 Выбор автоматического выключателя производится по следующим условиям:

I_Н.АI_Н, (2.4)

I_Н.РI_.Н, (2.5)

где I_Н.А- номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_Н.Р- номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, А.

I_Н.А285,2А,

I_Н.Р285,2А.

Принимаем автомат ВА 51-37 с I_Н.А=400А, I_Н.Р=320А [1,стр.99].

Кратность тока отсечки по отношению к номинальному току:

К_ОТС1,25·I_ПИК/ I_Н.Р, (2.6)

К_ОТС1,25·1853,7/320=7,2.

Принимаем кратность тока отсечки по отношению к номинальному току К_ОТС=10.

Проверяем выбранный автомат по проверочному условию:

I_СР1,25·I_ПИК, (2.7)

где I_СР-ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя, А.

I_СР= К_ОТС · I_Н.Р, (2.8)

I_СР=10·320=3200А,

3200А1,25·1853,7=2317,25.

Условие выполняется, значит автомат выбран верно.

4 Поскольку мощность двигателя рециркуляционного электронасоса больше 100кВт, то для дистанционного управления и защиты от пониженного напряжения применяем контактор. Выбор контактора проведем по условию:

I_КНI_Н,(2.24)

где I_КН- номинальный ток контактора, А,

I_Н- номинальный ток двигателя,А.

I_КН285,2А

Принимаем контактор КТ- 6000 с I_КН=400А. [3,стр.201].

Для питания всех двигателей проектируемого цеха будем использовать алюминиевый кабель марки АВВГ, имеющий три фазные жилы и четвёртую-нулевую.

Сечение жил кабелей выбирается по следующим условиям:

I_ДОП , (2.10)

где I_ДОП-допустимый ток выбираемого кабеля, А;

I_Р- расчетный ток проводника, А;

К_П- поправочный коэффициент на условия прокладки (при нормальных условиях К_П=1).

I_ДОП , (2.11)

где I_З – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, А;

К_З – кратность длительно допустимого тока провода или кабеля по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата, из справочника [1,стр.107]. Принимаем для предохранителей К_З =0,33, для автоматических выключателей К_З =0,66.

I_ДОП 285,2А,

I_ДОП =211,2А.

Таким образом выбираем кабель АВВГ (3×150+1×70)мм² с I_ДОП =235А из справочника [1,стр.108].

Схема защиты и управления привода рециркуляционного электронасоса представлена на рисунке 2.1.

ВА 51-37

АВВГ (3×150+1×70)

КТ6000

Рисунок 2.1 – Схема защиты и управления однодвигательным приводом.

Рассмотрим выбор аппаратуры для сварочного трансформатора.

1 Номинальный ток сварочного трансформатора:

I_СВ.Н= , (2.12)

где S_СВ.Н- номинальная полная мощность сварочного трансформатора, кВА;

I_СВ.Н= =45,6А.

2 Пиковый ток сварочного трансформатора принимаем равным трёхкратному номинальному току:

I_ПИК=3·I_СВ.Н, (2.13)

где I_ПИК-пиковый ток сварочного трансформатора, А.

I_ПИК=3·45,6=136,8А.

3 Выбор автоматического выключателя производится по следующим условиям:

I_Н.АI_СВ.Н, (2.14)

I_Н.РI_СВ.Н, (2.15)

где I_Н.А- номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_Н.Р- номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, А.

I_Н.А45,6А,

I_Н.Р45,6А.

Принимаем автомат ВА 52-31 с I_Н.А=100А, I_Н.Р=50А [1,стр.99].

Кратность тока отсечки по отношению к номинальному току:

К_ОТС1,25·I_ПИК/ I_Н.Р, (2.16)

К_ОТС1,25·136,8/50=3,4.

Принимаем кратность тока отсечки по отношению к номинальному току К_ОТС=7.

Проверяем выбранный автомат по проверочному условию:

I_СР1,25·I_ПИК, (2.17)

где I_СР-ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя, А.

I_СР= К_ОТС· I_Н.Р,

I_СР=7·50=350А,

350А1,25·136,8=171А.

Условие выполняется, значит, автомат выбран верно.

4 Выбираем плавкую вставку предохранителя для сварочного трансформатора по условию:

I_ВС1,2· I_СВ.Н· , (2.18)

где ПВ- номинальная продолжительность включения сварочного трансформатора.

I_ВС1,2·45,6· =42,3А.

Из справочника [1,стр.98] выбираем предохранитель ПН2-100 I_ВС=50А.

5 Выбираем силовой ящик ЯБПВУ-Iм с номинальным током предохранителя 100А [1,стр.104].

6 Выбираем низковольтный питающий гибкий кабель от ЩСУ до силового ящика по условиям 2.10, 2.11:

60 45,6А,

I_ДОП 1·50=50А

60≥50

Выбираем кабель марки АВВГ 3(1×16)+1×10мм² с Iдоп=60А [3,стр.71].

Гибкий кабель выбираем по тем же условиям:

60≥45,6

I_ДОП 0,33·50

19≥16,5

Принимаем гибкий кабель КГ 3(1×16)+1×10мм² с I_ДОП=60А

7Активная мощность сварочного трансформатора, приведенная к ПВ=1:

Р_Н.СВ=S_СВ·соsφ· , (2.19)

где cosφ – номинальный коэффициент мощности сварочного трансформатора.

Р_Н.СВ= 30·0,5· =11,6кВт.

Схема защиты сварочного трансформатора приведена на рисунке 2.2.

ЯБПВУ-1М

КГ 3(1×16)мм²

ВА 51-31

Рисунок 2.2- Схема защиты сварочного трансформатора.

Рассмотрим выбор аппаратуры для мостового крана.

Приводим паспортную мощность двигателей к ПВ=100%

Р_Н.Д.=Р_ПАСП (2.20)

Где Р_ПАСП − паспортная мощность двигателя;

ПВ − продолжительность включения (для крановых двигателей ПВ=40%).

Двигатели перемещения моста:

Р_Н.Д.1= =2,2 кВт

Двигатель перемещения тележки и двигатель подъёма:

Р_Н.Д.2= =4,7 кВт

Номинальный ток двигателей (формула 2.2):

I_Н.ДВ.1= =6,5 А,

I_Н.ДВ.2= =13,2 А.

Пусковой ток крановых двигателей ограничивается до значения 2I_НОМ:

I_ПУСК.1=2∙6,5=13 А

I_ПУСК.2=2∙13,2=26,4 А

Выбор автоматического выключателя производим по условиям 2.4, 2.5, 2.6:

1) 100≥39,4

2) 40≥39,4

Принимаем автомат с полупроводниковым максимальным расцепителем серии ВА51-31 с I_Н.А.=100 А, I_П.Р.=40 А.

К_ОТС=

К_ОТС=1,6

Принимаем К_ОТС=3

Проверяем выбранный автомат по условию 2.8:

3∙40≥1,25∙52,6

120≥65,8

Условие выполняется, значит автомат выбран верно.

Выбор предохранителя производим по следующим условиям:

1) I_BC≥∑I_H (2.21)

где I_BC − номинальный ток плавкой вставки

∑I_H − сумма номинальных токов двигателей

2) I_ВС≥ (2.22)

где − максимальный пусковой ток;

α − коэффициент, зависящий от условий пуска двигателя (принимаем α=2,5, так как двигатели имеют лёгкие условия пуска).

1) 40≥39,4

2) 63≥52,6

Из справочника принимаем предохранитель ПН2-100 с I_BC=63A.

По предохранителю выбираем силовой ящик ЯБПВУ-1м с I_Н.АП.=100А и I_Н.ПР=100 А.

Выбор контакторов для крана производим аналогично выбору магнитных пускателей по условию 2.9:

100≥6,5

100≥13,2

Принимаем для всех двигателей контакторы КТ-6000 с I_НОМ=100 А.

Выбор питающих проводов осуществляем по условиям 2.10, 2.11:

− двигатель подъёма и двигатель перемещения тележки:

1) 15≥13,2

2) I_ДОП≥

где − номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

− кратность длительно допустимого тока провода или кабеля по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата, для предохранителей принимаем =0,33.

I_ДОП≥

27≥20.79

Принимаем кабель АВВГ 3(1×4)+1×2,5мм² с I_ДОП=27 А

− двигатели перемещения моста:

1) 15≥6,5

2) 27≥20,79

Принимаем кабель АВВГ 3(1×4)+1×2,5мм² с I_ДОП=27 А

Питающий гибкий кабель выбираем по следующим условиям:

1) I_ДОП≥∑I_H

I_ДОП≥6,5+6,5+13,2+13,2

42А≥39,4А

2) I_ДОП≥

I_ДОП≥

27А≥20,79А

Из справочника выбираем гибкий кабель КГ 3(1×10)+(1×6) с I_ДОП=42 А

Схема защиты привода мостового крана представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 − Схема защиты привода мостового крана.

Расчёт высоковольтных двигателей произведём на примере сетевого электронасоса СЭН1 с двигателем ДАЗО 4-450Х-4У1 с P_H=630 кВт, n_H=1500 об/мин, cosφ=0,88, η=95%, I_ПУСК/I_НОМ=7.

Номинальный ток двигателя определяется по формуле 2.2:

I_ДВ= =72,6 А

Пусковой ток определяем по формуле 2.3:

I_ПУСК=7×72,6=508,2А

Для защиты высоковольтных двигателей необходимо выбрать высоковольтный выключатель, разъединитель, а для питания − высоковольтный кабель на напряжение 6кВ.

Выбор высоковольтного выключателя производим по следующим условиям:

1) U_НОМ≥U_{НОМ.СЕТИ} (2.23)

где U_НОМ – номинальное напряжение выключателя;

U_{НОМ.СЕТИ} − номинальное напряжение сети.

10кВ≥6кВ

2) I_HOM≥I_ПУСК (2.24)

где I_HOM − номинальный ток выключателя;

I_ПУСК − пусковой ток двигателя

630А≥508,2А

Из справочника [3, стр 441] выбираем вакуумный выключатель с электромагнитным приводом ВВЭ-10-31,5/630 с U_НОМ=10кВ, I_HOM=630А.

Выбор разъединителей производим по следующим условиям:

1) U_НОМ≥U_{НОМ.СЕТИ}

где U_НОМ – номинальное напряжение выключателя;

U_{НОМ.СЕТИ} − номинальное напряжение сети.

10кВ≥6кВ

2) I_HOM≥I_ПУСК

где I_HOM − номинальный ток выключателя;

I_ПУСК − пусковой ток двигателя

630А≥508,2А

Из справочника [3, стр. 443] выбираем разъединитель внутренней установки с заземляющими ножами РВЗ-10/630

Выбор высоковольтного кабеля производим по условиям:

1) S_ЭК= (2.25)

где S_ЭК − сечения кабеля, выбранное по экономической плотности тока;

I_H − номинальный ток двигателя

J_ЭК − экономическая плотность тока. Принимаем J_ЭК=1,4 А/мм² [1, стр 119].

S_ЭК= =51,9 мм²

Из литературы [1, стр 121] выбираем кабель ААШвУ-6 (3×70) мм² с I_ДОП=140 А

2) I_ДОП≥I_ПУСК

где I_ДОП − допустимый ток кабеля, А;

I_ПУСК − пусковой ток двигателя.

2×270≥508,2

Принимаем два параллельных кабеля 2ААШвУ-6 (3×185) с I_ДОП=270А.

Рисунок 2.4 − выбор аппаратов для двигателей сетевых электронасосов

По аналогии с другим электрооборудованием производим выбор вводного автомата, силового ящика с рубильниками и предохранителями, кабеля, питающего троллеи, а также магнитных пускателей и результаты расчётов сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 – Выбор защитной аппаратуры электродвигателей.

Наименование установки	Марка двигателя	I_HOM, А	Автомат	Контактор	Кабель
Марка	I_H.P., A	Марка	I_К_._Н, A	Марка	I_ДОП, А
Рециркуляцион-ные электронасосы РЭН 1,2,3	6А315S4	285,2	ВА51-37		КТ6000	АВВГ (3×150+1×70)

Таблица 2.6 – Выбор высоковольтных аппаратов.

Наименование установки	Марка двигателя	I_HOM, А	Выключатель	Разъединитель	Кабель
Марка	I_HOM, А	Марка	I_HOM, А	Марка	I_ДОП, А
Сетевые электронасосы СЭН 1,2,3,4	ДАЗО4-450Х-4У1	72,6	ВВЭ-10-31,5/630		РВЗ-10/630	ААШвУ-6 (3×70)

Таблица 2.7 – Выбор аппаратов для приводов задвижек.

Наименование установки	Марка двигателя	I_HOM, А	Автомат	Магнитный пускатель	Кабель
Марка	I_H_._P_., A	Марка	I_H_., A
Приводы задвижек нагнетания и всасывания	4А112МВ6У3	9,1	ВА 51-25		ПМЕ-112	АВВГ (3×2,5)

2 РАСЧЁТ НАГРУЗОК ЦЕХА

Определение электрических нагрузок необходимо для выбора силовых трансформаторов и аппаратов защиты. От величины электрических нагрузок зависят также технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения, в том числе капитальные затраты, расход цветных металлов и эксплуатационные расходы.

Расчет нагрузок для групп электроприемников проводим по методу упорядоченных диаграмм в следующей последовательности:

1 Суммарная номинальная мощность цеха:

∑Р_Н.Ц= Р_Н1+Р_Н2+ …+Р_n+ Р_{Н.КРАНА}+Р_Н.СВ, (4.1)

где Р_{Н.КРАНА}-суммарная номинальная мощность двигателей крана при П.В.=100%, кВт;

Р_Н1,Н2…- номинальные мощности двигателей соответствующих приводов, кВт.

∑Р_Н.Ц= 7·22+2·75+3·45+37+30+18,5+8·1,4+2·2,2+2·4,7=549,5кВт.

2 Групповой коэффициент использования:

К_И.Ц= , (4.2)

где Р_Н_i- номинальная мощность i–го приемника в цеху, кВт;

К_И_i -коэффициент использования мощность i–го приёмника в цеху, определяется по таблице [1,стр.106];

К_И.Ц- групповой коэффициент использования цеха. К_И.Ц= .

3 Активная мощность за наиболее загруженную смену:

Р_СМ.Ц=К_И.Ц·∑Р_Н.Ц. (4.3)

Р_СМ.Ц=0,49·549,5=269,3кВт.

4 Средневзвешенный соsφ цеха:

соsφ_Ц= , (4.4)

где соsφ_i- коэффициент мощности i–го приёмника цеха, определяется по таблице [1,стр.106].

соsφ_Ц= .

5 Реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

Q_СМ.Ц=Р_СМ.Ц·tgφ_Ц, (4.5)

где tgφ_Ц- средневзвешенный tgφ, определяется исходя из соsφ_Ц.

Q_СМ.Ц =269,3·0,91=245,1 кВАр.

Эффективное число электроприемников для данной группы:

(4.6)

7 Коэффициент максимума цеха, определяющийся в зависимости от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников:

К_М.Ц , (4.7)

К_М.Ц =1,4.

Коэффициент максимума для реактивной нагрузки примем К_М.Ц'=1, поскольку К_М.Ц'=1,1 принимается лишь при К_И.Ц <0,2, n_Э <100 или К_И.Ц0,2, n_Э10.

8 Расчетная активная нагрузка цеха:

Р_Р.Ц=К_М.Ц · Р_СМ.Ц, (4.8)

где Р_Р.Ц- расчетная активная нагрузка цеха, кВт.

Р_Р.Ц=1,4·269,3=377 кВт.

9 Расчетная реактивная нагрузка цеха:

Q_Р.Ц= К_М.Ц' · Q_СМ.Ц, (4.9)

где Q_Р.Ц- расчетная реактивная нагрузка цеха, квар.

Q_Р.Ц= 1·245,1=245,1 кВАр.

10 Полная расчётная нагрузка цеха:

S_Р.Ц , (4.10)

где S_Р.Ц- полная расчётная нагрузка цеха, кВА;

Р_ОСВ- активная мощность освещения цеха, принимаем из раздела 7, кВт;

Q_ОСВ- реактивная мощность освещения цеха, принимаем из раздела 7, квар.

S_Р.Ц =474,7 кВА.

11 Расчетный ток проектируемого цеха:

I_Р.Ц= , (4.11)

где I_Р.Ц - расчетный ток проектируемого цеха, А.

I_Р.Ц= =722А.

Пиковый ток группы электоприемников:

, (4.12)

где - пиковый ток самого мощного электроприемника в группе, А;

- номинальный ток самого мощного электроприемника в группе, А;

- коэффициент использования самого мощного электроприемника

в группе.