Курсовой проект

Найдём потерю напряжения в проводе, питающем электроприемник:, , (11.1.6)где: Iр4 = 57 А - расчетный ток провода;Lпр = 0,02 км – длина провода;R0пр = 1,95 Ом/км; Х0пр = 0,0675 Ом/км – удельные активное и индуктивное сопротивление провода.Уровень напряжения для наиболее удаленного от подстанции электроприемника в период максимума нагрузки (U2):Отклонение напряжения в период максимума нагрузок не превышает допустимого значения.11.3 Расчет отклонения напряжения в период минимума нагрузкиОпределим сопротивления сети от шин РП-10 кВ до конечного электроприемника. Наименее электрически удаленным и наименее мощным электроприемником является вентилятор, мощность 15 кВт. По схеме электроснабжения станок получает питание от того же ШМА, что и станок, уровень напряжения на котором мы определяли в период максимума нагрузки. Поэтому в расчете изменятся только сопротивления ШРА и провода, питающего станок. Схема электроснабжения станка представлена на рисунке 11.2. Рисунок 11.2 – Схема электроснабжения вентилятораУровень напряжения для наименее удаленного от подстанции электроприемника в период минимума нагрузки (U2) определяется по выражению: (13.1.7)где: = 4 % – уровни напряжения на шинах 10 кВ РП, питающей цех в период минимума нагрузки; – потеря напряжения в линии высоковольтном кабеле от РП до цеховой ТП; – потеря напряжения в цеховом понижающем трансформаторе; - потеря напряжения в ШМА; - потеря напряжения в ШРА; - потеря напряжения в проводе, питающем электроприемник; - добавка напряжения, которая устанавливается ПБВ цехового трансформатора, ПБВ устанавливают в положение «0», т.е. при котором  = +5 %.Минимальную нагрузку принимаем равной 25 % от расчётной нагрузки.Найдём потерю напряжения в высоковольтной кабельной линии:, (13.1.8)Найдём потерю напряжения в цеховом трансформаторе: (11.1.9)Найдем потерю напряжения в ШМА: (11.1.10)Найдем потерю напряжения в ШРА:, , (11.1.11)где: Lшра = 0,01 км – длина ШРА.Найдём потерю напряжения в проводе, питающем электроприемник. Выбранным является провод АПВ (4х6):, , (11.1.12)где: Iр4 = 30А - расчетный ток провода;Lпр = 0,015 км – длина провода.Уровень напряжения для наименее удаленного от подстанции электроприемника в период минимума нагрузки (U”2):Так как отклонение напряжения в период минимума нагрузки превышает допустимое значение 5%, следовательно напряжение необходимо регулировать за счет переключения ПБВ трансформатора в положение “-2”, где δUдоб" = 0% и снова производим расчеты.Тогда в режиме наибольших нагрузок:Отклонения напряжения в не превышают допустимого значения +5%.11.4 Расчет коэффициента несинусоидальности кривой напряженияНа промышленных предприятиях есть большое количество электроприемников с нелинейными вольтамперными характеристиками. К ним относятся полупроводниковые преобразователи, установки контактной и дуговой сварки, дуговые электрические печи, газоразрядные лампы. Характерной особенностью этих устройств является потребление ими несинусоидальных токов при подведения к их зажимам синусоидального напряжения. Токи высших гармоник проходя по элементам сети, вызывают потери напряжения в сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения.Протекание по элементам системы электроснабжения токов высших гармоник и искажение синусоиды напряжения приводит к ускоренному старению изоляции электрических машин, кабелей, трансформаторов; увеличиваются погрешности индукционных счетчиков активной и реактивной энергии; могут происходить ложные срабатывания релейной защиты, устройств телемеханики, автоматики и ЭВМ. Расчет производится только от источников несинусоидальности, которые имеются в сетях 0,4 кВ.1.Составляется расчетная схема сети - рисунок 11.3:Рисунок 11.3 – Расчетная схема сети2.Составляется схема замещения, которая показана на рисунке 11.4:Источник несинусоидальности зададим в виде источника тока:Рисунок 13.4 – Схема замещения сетиНе синусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности напряжения: (11.3.1)где - действующее значение n-й гармонической составляющей напряжения;N - номер последней учитываемой гармоники;1,1 – коэффициент, выражающий вклад остальных неучтенных гармоник (до 40 гармоники).Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение Кнс. = 8 %.Для сварочных машин рассчитывают гармоники 3, 5, 7, генерируемых машинами дуговой сварки.1. Определяем токи n – гармоник, генерируемых машинами контактной сварки, по формуле: (11.3.2)где К - число источников гармоник.Ток n-ых гармоник определяется: (11.3.3)где: - паспортная мощность машины дуговой сварки; = 176 кВАПВфакт. - фактическая продолжительность включения. Принимаем ПВфакт= 16%Ток третьей гармоники:,Ток пятой гармоники:,Ток седьмой гармоники:,,,.2. Расчет сопротивленийОпределяем сопротивление питающей системы n-ой гармоники, приведенное к напряжению 0,4 кВ: (11.3.4)где Xпс(n) = 0,52 мОм – сопротивление системы по формуле (11.1):,,.Сопротивление высоковольтной кабельной линии 10 кВn-ой гармоники рассчитывается по формуле: (11.3.5)где Rкл10 и Xкл10 - активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 10 кВ, ,по формулам (11.2), (11.3):,,.Сопротивление трансформатора n-ой гармоники, приведенное к 0,4 кВ рассчитывается по формуле: (11.3.6)где Rт и Xт - активное и индуктивное сопротивление трансформатора,,по формулам (11.4), (11.6):,,.Сопротивление ШМА n-ой гармоники рассчитывается по формуле:,где Rшма и Xшма – удельные активное и реактивное сопротивления ШМА.Rшма = R0шма · lшма; Хшма = Х0шма · lшма; R0шма = 0,02 мОм/м, Х0шма = 0,02 мОм/м,lшма = 12 м.Rшма = 0,02 · 12 = 0,24 мОмХшма = 0,02 · 12 = 0,24 мОм,,Сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, соединяющей электроприемник и ШМА:Для проводов марки 2хАВВГ (4х50) мм2 имеем:, (13.3.7) где , (11.3.8), (11.3.9)где R0кл =0,623 мОм/м и X0кл =0,0625 мОм/м – удельные активное и реактивное сопротивления кабельной линии.,,.Таблица 11.1 - Расчет сопротивлений сети для высших гармоникНомер гармоникиПолное сопротивление, мОмСопротивление системыСопротивление кабельной линии 10 кВСопротивление трансформа-торовСопротивле-ние ШМАСопротивление кабельной линии 0,4 кВВыпрямительный агрегат 200 кВт3j1,560,165+j0,0991,949+j19,210,415+j0,7210,683+j1,8575j2,60,212+j0,1652,516+j32,010,537+j1,213,792+j3,0957j3,640,251+j0,2312,976+j44,8140,635+j1,6816,319+j4,333Определяем результирующее сопротивление: , (11.3.10)Определяем результирующую проводимость n-ой гармоники: (11.3.11),,.Определим действующее значение n - ой гармоники напряжения от каждого из источников несинусоидальности напряжения: (11.3.12),,.Коэффициент несинусоидальности напряжения составит:Полученный коэффициент несинусоидальности удовлетворяет требованиям ГОСТа. Установки специальных устройств по уменьшению несинусоидальности (фильтра высших гармоник) не требуется.11.5 Расчет несимметрии токов и напряженийВ электрических сетях несимметрия может быть продольной и поперечной. Продольная несимметрия обуславливается неравенством сопротивлений в трехфазной системе (когда воздушная линия прокладывается не по треугольнику, а в одной плоскости).На промышленных предприятиях в основном возникает поперечная несимметрия. Поперечная несимметрия вызывается несимметрией нагрузки (на две фазы, на фазу и нуль, по схеме открытого треугольника). Нарушается симметрия токов, появляются обратная и нулевая последовательности, прохождение которых по сетям приводит к появлению несимметрии напряжения на шинах источника питания. Наличие несимметрии приводит к тому, что в асинхронных двигателях возникает обратный момент, они перегреваются и уменьшается коэффициент мощности.Для расчета коэффициентов несимметрии (обычно на промышленном предприятии определяющей является обратная последовательность) обратной последовательности составляется расчётная схема. В расчетной схеме должны быть указаны расчётные трехфазные и однофазные нагрузки.Расчетную схему составим для источника несимметрии – машин дуговой сварки. Несимметрия появляется вследствие несимметричной нагрузки (на парах фаз АВ и ВС – по две машины, на паре фаз СА – одна машина). Расчетная схема показана на рисунке 11.5Рисунок 13.5 - Расчетная схемаВ схеме замещения источник несимметрии показывается источником напряжения, а все ветви проводимостью обратной последовательности. Схема замещения приведена на рисунке 13.6Рисунок 11.6 -Схема замещения обратной последовательностигде: Y2н – результирующая проводимость нагрузки обратной последовательности;Y2c – проводимость системы, обратной последовательности.Несимметрия характеризуется коэффициентом несимметрии: (13.4.1)где U2 – напряжение обратной последовательности, В;Uн – номинальное напряжение источника несимметрии, В.Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение К2u = 2 %.Для кабельных линий, и трансформаторов: (Z1 – сопротивление прямой последовательности, Z2 – сопротивление обратной последовательности).Определим сопротивление высоковольтной кабельной линии 10 кВ обратной последовательности: (13.4.2)где Rкл10 и Xкл10 - активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 10 кВ, , по формулам (11.2), (11.3).Определим сопротивление трансформатора обратной последовательности: (13.4.3)где Rт и Xт - активное и индуктивное сопротивление трансформатора,,по формулам (11.4), (11.6).Определим сопротивление низкой сети обратной последовательности:Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода КТА2500, l = 12 м:,.где: R0шма - удельное активное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;Х0шма - удельное реактивное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;Lшма - длина магистрального шинопровода, м.Определяем активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, выполненной кабелем 2хАВВГ (4х50), l = 30 м:,.где: R0кл0,4 - удельное активное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м; Х0кл0,4 - удельное реактивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;Lкл0,4 - длина кабельной линии 0,4 кВ, м.Тогда сопротивления низкой сети:,. (11.4.4)где Rнс и Xнс - активное и индуктивное сопротивление низкой сети,Определим результирующее сопротивление нагрузки, обратной последовательности: (11.4.5)Определяем результирующую проводимость нагрузки обратной последовательности: (11.4.6)Определяем проводимость системы обратной последовательности: (11.4.7)где Z2c = Zc = jxc = j0,52 мОм – сопротивление системы обратной последовательности.Определим результирующую проводимость обратной последовательности:1(11.4.8)Определим результирующее сопротивление обратной последовательности: (11.4.9)Определим модуль результирующего сопротивления:Определим ток обратной последовательности: (11.4.10)где: =49280 ВА – эффективная однофазная мощность машины дуговой сварки по формуле (5.2);Uн = 380 В – номинальное напряжение машины дуговой сварки.Определим напряжение обратной последовательности: (11.4.11)Тогда коэффициент обратной последовательности будет равен:Полученный коэффициент несимметрии удовлетворяет требованиям ГОСТа. Установки специальных устройств по уменьшению несимметрии не требуется.12 Расчет заземления ТПДля установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:Rзу = 4 Ом – для стороны до 1000 В;– для стороны выше 1000 В.За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:, (12.1)гдеIз = 5 А - емкостной ток замыкания на землю сети выше 1000В, (по заданию)..Таким образом, определяющим для расчёта является требование:Rзу = 4 Ом.Определяется расчетное удельное сопротивление земли:Ом · м,гдеКс=1,1-1,35 – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта; – удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности; (=96 Омм – из задания).Заземляющее устройство выполняем в виде контура (прямоугольника) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем арматурный пруток диаметром 12 мм и длиной l=5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м. Сопротивление одного вертикального электрода:Ом.Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов Ки.в=0,5,Предварительно принимаем n = 22.Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 404 мм. Общая длина полосы, при отношении расстояния между заземлителями к их длине, равным 1, l = 110 м. Определяется сопротивление полосы, соединяющей вертикальные электроды:;где– сопротивление горизонтальной полосы: ;Ки.г – коэффициент использования горизонтальных электродов (Ки.г=0,3-0,4).Определяется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтальной полосы:.Определяется уточненное число вертикальных электродов.Окончательно приминаем в контуре 12 вертикальных заземлителя.План заземления подстанции показан на рис. 12.1.Рис. 12.1 – План заземления подстанцииЗаключениеВ настоящем проекте была разработана система электроснабжения цеха.Были рассчитаны нагрузки, токи короткого замыкания, разработана схема питания электрооборудования, выбраны питающие трансформаторы с учетом компенсирующих устройств, кабельные линии, шинопроводы и аппараты защиты, выполнен расчет осветительных установок методом коэффициента использования.Были произведены расчеты показателей качества электроэнергии, представлено конструктивное исполнение трансформаторной подстанции и произведен расчет заземления.Все технические решения по сооружениям, конструкциям, оборудованию и технологической части приняты и разработаны в полном соответствии с действующими на дату выпуска проекта нормами и правилами, включая правила взрывопожаробезопасности.Список использованной литературыГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ».».ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.ГОСТ 17677-82. Светильники. Общие технические условия.РТМ 36.18.32.4-92. Указания по расчету электрических нагрузок. / М.: ВНИПИ ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ, 1992Правила устройства электроустановок. 7-е издание.СП 31-110-2003. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий.СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».СНиП 2-89-80. Генеральные планы промышленных предприятий. М.: Стройиздат,1981.Киреева Э.А. «Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий : учебное пособие / Э.А. Киреева. – 2-е изд., стер. – М. : КНОРУС, 2013. – 368с. – (Бакалавриат).Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. –2-е изд.–М.: Интермет Инжиниринг, 2006 – 672с.Неклепаев Б. Н. / Электрическая часть электростанций и подстанций:справочные материалы для курсового и дипломного проектирования / СПБ.: «БХВ-ПЕТЕРБУРГ», 2013. – 608с.Смирнов А.Д., Антипов К.М. Справочная книга энергетика. –5-е изд., перераб. и доп. –М.: Энергоатомиздат, 1987. –568с.Справочник по проектированию электрических сетей. / под редакцией Д. Л. Файбисовича - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. – 320 с.Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. – М.: Форум, 2005. – 214 с.http://www.abb.ru/ЗАО «Электронмаш»http://www.electronmash.ruГруппа компаний «Чебоксарский электроаппаратный завод» (ЧЭАЗ) http://www.cheaz.ru.ОАО «Дивногорский завод низковольтной аппаратуры» http://dznva.pulscen.ruПриложенияПриложение АТабл.А.1. Выбор двигателей, пусковой, защитной аппаратуры и проводников для электроприёмников№ на планеНаименование технологического оборудования.Электродвигатели или электроприемникиАппарат защитыАппарат управленияВыбранный проводникIд≥IрIд, АIд/Iтр≥1Тип двигателяМощность Рном, кВтIном, Акол-во п, штВыключательIн, АIн.тр, АКонтактор, пускательIн, АТепловое релеуставка теплового реле, А1Станок токарныйАИР180S41226,6815ВА-47-633232ПМА-320040РТТ-14132ВВГ(4х10)+501,562Станок фрезерныйАИР180M41532,976ВА-47-634040ПМА-320040РТТ-14140ВВГ(4х10)+501,253Автоматическая линияАИР315M104280,923ABB XT1160100ПМ12-160160РТТ-32100ВВГ (3х50+1х25)+1351,354ВентиляторАИР160S22036,139ВА-47-634040ПМА-320040РТТ-14140ВВГ(4х8)+431,085НасосАИР180M42034,007ВА-47-634040ПМА-320040РТТ-14140ВВГ(4х8)+431,086Автоматическая линияАИР315M1053102,121ABB XT1160120ПМ12-160160РТТ-32120ВВГ (3х50+1х25)+1351,137ПрессАИР315M1045100,044ABB XT1160120ПМ12-160160РТТ-32120ВВГ (3х50+1х25)+1351,139Машина дуговой сварки-75216,766ABB XT4250250-АВВГ (3х185+1х95)+3901,5610Индукционная печь-70119,013ABB XT1160130-ВВГ (3х50+1х25)+1351,0412Мостовой кран4MTKF 132617,342ВА-47-632525ПМЕ-21225РТТ-14125КРПГ (4х10)+502,0013ТранспортерАИР180S41124,463ВА-47-632525ПМЕ-21225РТТ-14125ВВГ(4х4)+271,08Табл. А.2 Выбор и проверка проводников и выключателейпитающей сети ЛинияIр, АВыбранный проводникIд, АIд≥IрАЗIном_азIтр, АIд/Iтр≥1 ТП1Вводной2600,00   ABB ХТ832003000 2Секционный1300,00   ABB ХТ832002500 3ТП-РП-1367,69АВВГ(3х185+1х95) 400+ABB Tmax T54004001,004ТП-РП-2527,50АВВГ(3х300+1х150) 535+ABB Tmax T56305301,015ТП-ШРА-1474,10АВВГ(3х300+1х150) 535+ABB Tmax T56305301,016ТП-ШРА-2129,00АВВГ(3х50+1х25) 165+ABB XT42501501,107ТП-ШРА-3372,60АВВГ(3х185+1х95) 400+ABB Tmax T54003801,058ТП-МЩО37,1АВВГ(5х16) 55+ABB XT4250501,10