Материал: Проектирование электроснабжения механического цеха серийного производства

Исходными данными являются: назначение - электромеханический цех и его размеры:

А = 48 м - длина;

В = 30 м - ширина;

Н = 9 м - высота.

hр - пол

Норма освещенности для данного производственного помещения: Еmin=200 Лк.

Для производственного помещения выбираем рабочее равномерное общее освещение, а также аварийное освещение.

В качестве светильника выбираем светильник типа РСП 13 со степенью защиты 53 , классом светораспределения - П, КСС в нижнюю полусферу глубокий Г1 (0,8-1,2).

Расстояние от светильника до рабочей поверхности, м:

Нр = Н - (hс - hр) [15]

где Н = 9 м- высота помещения;

hс = 0,7 м - высота свеса;

hр = 0 м - высота рабочей поверхности (пол).

Нр = 9 - (0,7 + 0) = 8,3 м.

Расстояние между светильниками для КСС Г1:

L = (0,8 - 1,2) ∙ Нр [16]

L = 0,8 * 8,3 = 6,64 м.

Расстояние от края светильника до стен:

l = 0,5 ∙ L [17]

l = 0,5*6,64 = 3,32 м.

Количество светильников в ряду:

 [18]

Количество рядов:

nв =  [19]

nв = = 4 шт.

Общее количество светильников:

nc = nв *nа [20]

nc = 7*4 = 32 шт.

Расстояние между светильниками в одном ряду:

LА=  [21]

LА =  = 6,89 м.

Расстояние между рядами:

LВ= [22]

LВ =  = 7,78 м

Определяем показатель помещения

i =  [23]

i =  = 2,78

По справочнику с учётом коэффициентов отражения и показателя помещения находим коэффициент использования светового потока:

rпот=0,5; rст=0,3; rп=0,1:

u = 73%

Рассчитаем световой поток одой лампы в Лм, если коэффициент минимальной освещённости z = Еср / Еmin = 1,2:

Фл =  [24]

где Kз = 2 - коэффициент запаса;

Еmin - нормированная освещённость, лк.

л.р. =  = 29589 лм.

По найденному значению Фл подбираем лампу, поток которой должен отличаться не более, чем на (-10 - +20)%.

Принимаем лампу ДРЛ 700(6) - 3 имеющую следующие технические данные:

номинальная мощность лампы Рн = 700 Вт; световой поток Фл = 40,6 клм.

Общая мощность световой установки:

Руст = Рл *nсв [25]

Руст = 700*32 = 22400 Вт.

Составим схему расположения светильников рабочего освещения в цехе рисунок 2.

Рисунок 2 - План расположения светильников в цехе.

Для аварийного освещения выбираем лампы типа ЛН (лампы накаливания).

Норма освещенности аварийного освещения составляет не менее 5% от нормы рабочего освещения, то есть:

Е = Еmin*0,05 [26]

Е = 200*0,05 = 10 лк

Выбираем светильник типа НСП 20, источник света которого должен иметь мощность 500 Вт, для создания кривой силы света Д3, класс светораспределения светльника - П, степень защиты IP52.

По заданной мощности лампы светильника НСП 20, Рл=500Вт, выберем ЛН типа Г125-135-500 с номинальным световым потоком, Фл=9200 лм.

Определим количество ламп для аварийного освещения преобразовав формулу (20):

nс =  =  = 6 шт.

Выбираем светильники типа НСП.

Линии освещения питают светильники с лампами накаливания, коэффициент мощности которых cosj =1.

Рассчитаем осветительную сеть рабочего освещения, схема которой приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема осветительной сети аварийного освещения.

Выберем осветительные щиты. При выборе осветительного щитка необходимо чтобы выполнялось условие:

Iном.щ ³ I [27]

где Iном.щ- номинальный ток осветительного щитка, А;

I-расчетный ток питающей линии, А.

Для рабочего освещения выберем щит серии ЯОУ -8503, так как выполняется условие

Iном.щ = 63 А ³ 50 А = I1-2

Для аварийного освещения выберем осветительный щиток серии ЯОУ - 8504, так как выполняется условие

Iном.щ = 63 А ³ 28 А = I1-2

Таблица 3 - Технические данные осветительных щитков серий ЯОУ - 8503 и ЯОУ - 8504 на напряжение 380/220В.

Определим осветительную нагрузку цеха

Определим потребляемую активная мощность осветительной сети:

Росв = Руд · Sцех · Кспроса [28]

где Руд - удельная мощность, Руд = 16,2 Вт/м²,

Sцех - площадь цеха,

Sцех = А·В = 48 · 30 = 1440 м².

Кспроса - коэффициент спроса, Кспроса = 0,92

Росв = 16,2 · 1440 · 0,92 = 21,5 кВт;

Определим реактивную мощность осветительной сети:

Qосв = Росв · tg φ [29]

Для светильников с лампами накаливания коэффициент мощности

cos φ = 0.85, откуда tg φ = 0,6, тогда:

Qосв = 21,5 · 0,6 = 12,9 кВАр

Условия выполняются.

Аналогичным образом рассчитано число светильников и их суммарная длина для вспомогательных помещений, расчет показан в таблице 2.

При этом для всех вспомогательных помещений выбраны светильники ЛПО12-2х40-904 с лампами ЛБ40-1.

Общее число светильников ЛПО12-2х40-904 в цехе: Nл =4

Таблица 4 - Расчет числа светильников для помещений цеха

2.3 Компенсация реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств

Повышение коэффициента мощности электроустановок зависит от снижения потребления реактивной мощности.

Для улучшения коэффициента мощности (повышения cos φ или уменьшения tg φ) существует два способа:

Улучшение коэффициента мощности без применения компенсирующих устройств (естественная компенсация):

упорядочение технологического процесса (не допущение простоя оборудования)

замена малонагруженных трансформаторов и двигателей на трансформаторы и двигатели меньшей мощности;

замена трансформаторов и другого электрооборудования старых конструкций на новые, более совершенные с меньшими потерями на перемагничивание и т.д.;

качественный ремонт двигателей;

отключение при малой нагрузке части силовых трансформаторов.

Если не удается улучшить коэффициент мощности до необходимой нормы естественным образом, применяют компенсирующие устройства (искусственная компенсация)

статические конденсаторы;

синхронные двигатели;

синхронные генераторы.

Определим расчетную мощность компенсирующего устройства

Qку = Рмакс · (tg φ1 - tg φ2) · α [30]

где Рмакс - максимальная активная мощность цеха:

Рмакс = ƩРмакс + Росв = 225,4 + 21,5 = 246,9 кВт

tg φ1 - коэффициент мощности до компенсации:

tg φ1 = Qмакс / Рмакс,

где Qмакс и Рмакс - суммарные расчетные нагрузки с учетом осветительной нагрузки:

Qмакс = ƩQмакс + Qосв [31]

Qмакс = 124,71 + 12,9 = 137,61 кВАр

tg φ1 = 137,61 / 146,9 = 0,56

tg φ2 - коэффициент мощности, который должен быть получен после компенсации, tg φ2 = 0,3;

α - коэффициент, учитывающий улучшение коэффициента мощности без применения компенсирующих устройств, α = 0,9

Qку = 246,9 · (0,56 - 0,3) · 0,9 = 58 кВАр.

По полученной реактивной мощности выбираем компенсирующее устройство: УКЗ - 0,415 - 60 со ступенчатым регулированием по 20 кВАр.

Так как компенсирующее устройство является источником реактивной мощности, то Qмакс по цеху найдем из разности:

Qмакс = Qрасч - Qку [32]

Qмакс = 137,61 - 58 = 79,61 кВАр

Определим полную мощность по цеху без учета потерь:

 (33)

Определим коэффициент мощности cos φ цеха с учетом компенсирующего устройства:

cos φ = Рмакс / Sмакс [34]

cos φ = 246,9 / 259,4 = 0,96,

соответственно tg φ = 0,29

Определим реактивную мощность Qмакс цеха с учетом компенсирующего устройства:

Qср = Рср · tg φ [35]

Qср = 74,34 · 0,29 = 21,6 кВАр

Сos φ получился равным заданному, следовательно, расчет произведен верно.

2.4 Выбор типа, числа и расчет мощности силовых трансформаторов на подстанции

Так как потребители электромеханического цеха относятся ко 2 категории надежности электроснабжения, то для питания его электроэнергией выбираем один трансформатор КТП-400/10/0,4/-У1.

Определим потери в трансформаторе:

Активные потери, ΔР = 2%

Р = 0,02 · Sтр [36]

ΔР = 0,02 · 400 = 8 кВт;

Активная мощность с учетом потерь:

Рмакс = Рмакс. р. + ΔР [37]

Рмакс = 246,9 + 8 = 254,9 кВт;

Реактивные потери, ΔQ = 10%

ΔQ = 0,1 · 400 = 40 кВАр

Реактивная мощность с учетом потерь

Qмакс = Qмакс. р. + ΔQ [38]

Qмакс = 79,61 + 40 = 119,6 кВАр;

Определим полную мощность цеха с учетом потерь:

Определим коэффициент загрузки трансформатора:

Кзагр. тр. = Sитог / Sном.тр. [39]

Кзагр. тр. = 276,9 / 400 = 0,69

.5 Выбор точек и расчет токов короткого замыкания

Коротким замыканием называется всякое замыкание между фазами, а в сетях с глухозаземленной нейтралью также замыкание одной или нескольких фаз на землю.

Расставим на схеме точки короткого замыкания (Kl, К2).

Рисунок 4 - а) схема расчетная; б) схема замещения; в) эквивалентная схема

Расчет токов к.з. в точках К1 и К2.

Составляем расчетную схему.

Сопротивление трансформатора:

Rтр = 5,5 мОм

Xтр = 17,1 мОм

Сопротивление кабеля от ГРП до РП1:

Rк = r0 · Lк

Xк = x0 · Lк,

где r0 и x0 - активное и индуктивное сопротивления одного метра кабеля, мОм

Rк = 0,195 · 14 = 2,73 мОм

Xк = 0,081 · 14 = 1,134 мОм

Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему:

Rэ1 = Rтр + Rsf1 + Rsf2 [40]

Rэ1= 5.5 + 0.15 + 0.15 = 5,8 мОм;

Xэ1 = Xтр + Xsf1 + Xsf2 [41]

Xэ1= 17,1 + 0,15 + 0,17 = 17,42 мОм;

Rэ2 = Rsf3 + Rк [42]

Rэ2= 0,7 + 2,73 = 3,43 мОм;

Xэ2 = Xsf3 + Xк [43]

Xэ2 = 0,7 + 1,134 = 1,834 мОм.

Определим сопротивления до каждой точки КЗ и заносятся в "Сводную ведомость" таблицу 6:

Rк1 = Rэ1 = 5,8 мОм; Xк1 = Xэ1 = 17,42 мОм

 [44]

Rк2 = Rэ2 = 3,43 мОм; Xк2 = Xэ2 = 1,834 мОм

Rк1 / Xк1 = 5,8 / 17,42 = 0,33;

Rк2 / Xк2 = 3,43 / 1,834 = 1,87

Определим коэффициенты Ку - ударный коэффициент и q - коэффициент действующего значения ударного тока:

Ку1 = f (Rк1 / Xк1) = f(0,33) = 1,32

Ку2 = f (Rк2 / Xк2) = f(1,87) = 1

 [45]

Определим токи КЗ и результаты занесем в "Сводную ведомость":

Iк1 = Uном / √3 · Zк1 [46]

Iк1= 400 / 1,73 · 0,0184 = 12,6 кА;

Iк2 = Uном / √3 · Zк2 = 400 / 1,73 · 0,0039 = 59,2 кА;

Iук1 = q1 · Iк1 [47]

Iук1= 1,1 · 12,6 = 13,86 кА;

Iук2 = q2 · Iк2 = 1 · 59,2 = 59,2 кА;

iук1 = √2 · Ку1 · Iк1 [48]

iук1 = 1,4 · 1,32 · 12,6 = 23,5 кА;

iук2 = √2 · Ку2 · Iк2 = 1,4 · 1 · 59,2 = 83,7 кА.

Таблица 5 - Сводная ведомость токов КЗ: