Курсовая работа: Расчет и выбор системы электроснабжения

Расчет и выбор системы электроснабжения

Введение

В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Основное достоинство электрической энергии - относительная простота производства, передачи, дробления, преобразования. Учебная дисциплина «Электроснабжение предприятий и гражданских зданий» во многом опирается на знаниях материала из технических дисциплин прошедших курсов. Системой электроснабжения называется совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

В условиях производства, где задействована основная часть технологических агрегатов, надёжность системы электроснабжения играет важную роль.

С целью закрепления знаний и умений по данной учебной дисциплине выполняется курсовой проект, состоящий из двух частей:

- пояснительная записка;

- графическая часть - план участка и схема расчетная силовой сети.

Задачей курсового проекта - расчет и выбор системы электроснабжения, расчет электрических нагрузок и нагрузок РУ, выбор защитной аппаратуры и проводников к РУ, расчет нагрузки освещения и т.д.

1. Выбор электродвигателей

Выбор электрических двигателей производим по следующим условиям:

- по мощности;

- по роду тока и напряжения;

- по номинальной частоте вращения;

- по конструктивному исполнению двигателя.

Выбираем электродвигатель по условию:

Рном. ? Рмех., (1)

где Рном. - номинальная активная мощность электродвигателя, кВт;

Рмех. - активная мощность приводного механизма, кВт.

Покажем выбор электродвигателя на примере приемника номер один с Рмех.=11,00 кВт

Рном. ? 11,00 кВт

Выбираем электродвигатель типа RA160MА4 с Рном.=11 кВт, ?ном.=88 %, соsцном. = 0,86 о.е., Iп./Iном.= 6,5 о.е., nс. = 1500 мин-1,

где ?ном. - коэффициент полезного действия, %;

соsцном. - коэффициент мощности, о.е.;

Iп./Iном. - кратность пуска, о.е.;

nс. - синхронная частота вращения, мин-1.

Выбор остальных электродвигателей осуществляем аналогично, данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1

2. Выбор защитной аппаратуры и проводников к приёмникам

электрический номинальный ток проводник

Покажем пример выбора предохранителя и проводов к приёмнику под номером два с одним электродвигателем.

Выбор предохранителя производим по двум условиям:

Iвст. ? Iном., (2)

Iвст.? Iп./ б, (3)

где Iвст.- номинальный ток плавкой вставки, А;

Iном.- номинальный ток электродвигателя, А;

Iп.- пусковой ток электродвигателя, А;

б - коэффициент кратковременной тепловой перегрузки. Принимаем 2,5 о.е.

Определяем номинальный ток Iном., А, по формуле:

Iном=Pном/(v3•Uном•соsцном•зном) (4)

Iном=15/(v3•0,40•0,87•0,90)=27,65А

По условию (2):

Iвст. ?27,65A

Определяем пусковой ток электродвигателя Iп., А, по формуле:

Iп.=Iном.•(Iп./Iном.), (5)

Iп.=27,65•7=193,55А

По условию (3):

Iвст.? 193,55/2,5=77,42A

Выбираем предохранитель серии ПН2-100, с Iном. пр.=100А и Iном. вст.=80А.

Провода выбираем по двум условиям:

Iдоп.? Iном./Kпопр., (6)

Iдоп.?Кзащ.•Iвст./Кпопр., (7)

где Iдоп.- допустимый ток нагрузки, А;

Кпопр. - поправочный коэффициент. По заданию курсового проекта условия прокладки проводников c фактической температурой +110С;

Кзащ.- коэффициент защиты, о.е. Принимаем Кзащ.=0,33 о.е.

Поправочный коэффициент находим по этой формуле:

Кпопр.= (8)

где tж.ном. - нормированная температура токопроводящих жил, о.е.;

tокр.ср.- температура окружающей среды о.е.;

tнорм.- нормированная температура окружающей среды, о.е..

Кпопр.= = 1,16 о.е.

По условиям (6), (7):

Iдоп.? 27,65/1,16=23,83А

Iдоп.? 0,33•80/1,16=22,75А

Выбираем провод марки АПВ-3(1х4)+1х2,5, с Iдоп.=28А.

Покажем пример выбора предохранителя и провода к многодвигательному приёмнику под номером один с тремя электродвигателями (станок шлифовальный)Ки.=0,14; cosц=0,5; tgц=1,73).

Выбор предохранителей производим по условиям:

Iвст.?Ip., (9)

Iвст.?(I'п.+?I'ном.)/б, (10)

где Iр. - расчетный ток электроприемника, А;

I'п.- пусковой ток наибольшего электродвигателя, А;

?I'ном.- номинальные токи остальных электродвигателей, А.

Расчётный ток группы электроприёмников определяем методом расчетных коэффициентов.

Определяем эффективное число электроприемников nэ., о.е, по формуле:

nэ.=(?Pном.)2/?P2ном., (11)

где ?Pном - сумма номинальной мощности двигателей, А.

nэ.=(11+0,25+0,18)2/(112+0,252+0,182)=1,0,7 Принимаем nэ.=1.

Определяем расчетный коэффициент Кр., о.е.

Кр. = f(nэ.; Ки.) = f(1; 0,14)(12)

Для определения Кр. используем метод интерполяции:

Кр.= y0+(y1-x0)/(y2-x0)(x-y0)(13)

Кр.= 8+(0,14 - 0,1)/(0,15 - 0,1)(5,33 - 8) = 5,86о.е.

Определяем расчетную активную мощность Рр, кВт, по формуле:

Рр.=Кр.•Ки.•?Pном.(14)

Pp.=5,86•0,14•(11+0,25+0,18)=9,37 кВт

Так как Pp. <Pном., то дальнейшего рассчета принимаем Pp. =Pном. (наибольшего двигателя), т.еPp.=11 кВт.

Так как nэ<10,то определяем расчетную реактивную мощность Qр., квар, по формуле:

Qр.=1,1•Ки.•?Pном.•tgц (15)

Qp.=1,1•0,14•(11+0,25+0,18)•1,73=3,04квар

Определяем полную расчетную мощность Sр., кВ•А, по формуле:

Sp.=vPp.2+Qp.2 (16)

1,41 кВ•А

Определяем расчетный ток станка Iр., А, по формуле:

Ip.=Sp./(v3•Uном.)(17)

Iр=11,41/(1,73•0,4)=16,46А

По условию (9):

Iвст.?14,21А

Определяем пусковой ток I'п.,А, наибольшего по мощности двигателя по формуле (5). Кратность пускового тока берём из таблицы 1, а номинальный ток рассчитываем по формуле (4):

Iном.1=11/(•0,4•0,885•0,86)=20,8A

I'n.=20,8•6,50=135,2А

Iном.2=0,25/(•0,4•0,69•0,79)=0,66A

Iном.3=0,18/(•0,4•0,68•0,78)=0,48A

Определяем суммарный номинальный ток ?I `ном., А,по формуле:

?I `ном.=Iном.2 +Iном.3 (18)

?I `ном.=0,66+0,48=1,14А

Определяем по условию (9):

Iвст. ? (135,2+1,14)/2,5=54,5А

Выбираем предохранитель серии ПН2-100, с Iном. пр.=100А и Iном. вст.=63А.

Провода выбираем так же по двум условиям (6), (7):

Iдоп.? 16,46/1,16=14,1А

Iдоп.? 0,33•63/1,16=17,9А

Выбираем провод марки АПВ-4(12,5), с Iдоп.=19А.

Покажем пример выбора предохранителя и провода к машине точечной сварки. МТПБ-100-1 с ПВ=20%, Sном.=100 кВА, Uном.=400В.

Выбор предохранителя производим по условию:

Iвст..?1,2•Iном.•, (19)

где Iном. - номинальный ток сварочной машины, А; ПВ - продолжительность включения, о.е.

Рассчитываем номинальный ток сварочной машины Iном., А, по формуле (16): Iном.=100/(•0,4)=144,33A

Iвст.?1,2•144,33•=77,45 А

Выбираем предохранитель серии ПН2-100, с Iном. вст.=80 А.

Провода выбираем по двум условиям:

Iдоп.?Iном.•/(0,875•Кпопр.) (20)

Iдоп.?144,33•/(0,875•1,16) =63,59 А

И по условию (7):

Iдоп.? 0,33•80/1,16=22,75 А

Выбираем провод марки АПВ-3(125)+116, с Iдоп.=80А.

Выбор к остальным приемникам аналогичен, данные заносим в таблицу 2.

3. Проектирование схемы снабжения

Цех имеет несколько групп приёмников:

- станок шлифовальный Ки1 = 0,14; cosц1 = 0,50; tgц1 = 1,73;

- пресс Ки2 = 0,17; cosц2 = 0,65; tgц2 = 1,16;

- станок строгальный Ки3 = 0,17; cosц3 = 0,65; tgц3 = 1,16;

- станок токарно-винторезный Ки4 = 0,14; cosц4 = 0,50; tgц4 = 1,73;

-станок токарно-винторезный Ки5 = 0,14; cosц5 = 0,50; tgц5 = 1,73;

- станок расточный Ки6 = 0,17; cosц6 = 0,65; tgц6 = 1,16;

- станок вертикально-фрезерный Ки7 = 0,14; cosц7 = 0,50; tgц7 = 1,73;

- вентилятор Ки8 = 0,6; cosц8 = 0,8; tgц8 = 0,75;

- машина точечной сварки МТПБ-100-1 Ки9 = 0,28; cosц9 = 0,6; tgц9 = 1,30.

По категории надёжности электроснабжения данный цех относится ко II категории. Полная мощность цеха достаточно маленькая для двух трансформаторов. Исходя из этого выбираем однотрансформаторную цеховую подстанцию.

Все силовые потребители электроэнергии являются потребителями трёхфазного тока, напряжением 400 В. Осветительная нагрузка равномерно распределена по фазам.

Для питания приемников будем использовать два шинопровод, т.кв данном цехе все приемники расположены ровно по горизонтали. Трансформаторную подстанцию установим в оптимальной точке данного цеха, а именно по среди данного здания, это позволит равномерно питать приемники через 2 шинопровода.

4. Расчет нагрузки цеха

Цех имеет несколько групп приёмников:

- станки Ки1 = 0,14; cosц1 = 0,50; tgц1 = 1,73;

- пресс Ки2 = 0,17; cosц2 = 0,65; tgц2 = 1,17;

-станкиКи3 = 0,17; cosц3 = 0,65; tgц3 = 1,17;

- вентилятор Ки8 = 0,6; cosц8 = 0,80; tgц8 = 0,75;

- машина точечной сварки МТПБ-100-1 Ки9 = 0,28; cosц9 = 0,60; tgц9 = 1,33.

Определяем номинальную мощность первой группы ?Рном.1, кВт, по формуле:

?Рном.1 = Рном.1?, (21)

где Рном.1? - сумма номинальных мощностей приемников, кВт.

?Pном.1 = 1 х (11+0,25+0,18) = 11,43 кВт

Аналогично найдём суммарную мощность для остальных приёмников:

?Pном.2 =1 х 15,00 = 15,00кВт

?Pном.3=2 х (15+1,10+0,25) = 32,7 кВт

?Pном.4 =2 х (18,50 + 0,75 + 0,37) = 39,24 кВт

?Pном.5 =2 х (7,50 + 1,10 + 0,25 + 0,12) = 17,94 кВт

?Pном.6 =1 х 5,50 = 5,50 кВт

?Pном.7 =13 х 5,50 = 71,5 кВт

?Pном.8 =2 х 4 = 8 кВт

?Pном.9 =1 х 60 = 60 кВт

Найдём эффективное число электроприемников nэ.,о.е, по формуле (11):

nэ.=(11,43+15+32,7+39,24+17,94+5,50+71,5+8+60)2/(11,432+152+2*(15+1,10+0,25)2+2*(18,50+0,75+0,37)2+2*(7,50+1,10+0,25+0,12)2+5,502+13*5,502+2*42+ +602)=11,1о.е.

Принимаем nэ.=11

Среднее значение коэффициента использования Киср. о.е., находим по формуле:

Киср.=(Ки1 * ?Pном1+ Ки n+1 * ?Pном n+1)/ (?Pном +?Pном n+1)(22)

Киср.=(0,14*11,43+0,17*15+0,14*32,7+0,17*39,24+0,14*17,97+0,17*5,50+0,14*71,5+0,6*8+0,25*60)/(11,43+15+32,7+39,24+17,94+5,50+71,5+8+60)=0,18 о.е.

Определяем расчётный коэффициент по равенству:

Кр.= f(nэ.; Киcр.) (23)

Определяем расчетный коэффициент Кр., о.е, методом интерполяции по формуле 13:

Кр.= 1,61+(0,18 - 0,15)/(0,2 - 0,15) (1,35 - 1,61)=1,45

Кр. = f(11; 0,18) = 1,45о.е.

Определяем расчетную активную мощность Рр., кВт, по формуле (14):

Рр.=1,45*0,18*(11,43+15+32,7+39,24+17,94+5,50+71,5+8+60)= 68,20 кВт

Определяем расчетную реактивную мощность Qр., квар, по формуле (15):

Qр.=0,14*11,43*1,73+0,17*15*1,17+0,14*32,7*1,17+0,17*39,24*1,73+0,14*17,94*1,73+0,17*5,50*1,17+0,14*71,5*1,73+0,6*8*0,75+0,25*60*1,33= 69,96квар

Определяем полную расчетную мощность по формуле (16):

Sp.= v68,202+ 69,962= 97,70кВА

Определяем расчетный ток нагрузки Ip, А, по формуле (17):

Iр.= 95,17/(1,73•0,40) = 141,18 А

5. Расчет нагрузки освещения

Расчет мощности освещения производим методом расчета удельной мощности. По заданию источником света является лампа типа ДРЛ с Еn=280лк, Нр.=6 м, Кзап.=1,3, выбираем коэффициент спроса освещения Ксо=1,00.

Определяем расчетную активную нагрузку освещения Рро., кВт, по формуле:

Рро.= Ксо.·ру.·F·10-3, (24)

где Kco.- коэффициент спроса осветительной нагрузкио.е.;

ру.- удельная мощность общего равномерного освещения, Вт/м2;

F - площадь помещения, м2.

Определяем удельную мощность общего равномерного освещения Pур, Вт/м2, по формуле:

ру.= (рут.·Kз · Eн)/(Кзт. · з · 100), (25)

где ру. - табличное значение удельной мощности освещения;

Кз. и Кзт. - фактический и табличный коэффициент запаса;

Еn.- величина нормированной освещенности;

з - КПД выбранного светильника в относительных единицах.

Расчёт площади участкаF, м2,производим по формуле:

F = А·B, (26)

где А - длина участка, м;

B - ширина участка, м.

F=48•30=1440 м2

Выбираем ру.=3,70 Вт/м2,при Hp.=6 м, тип светильника КСС=Д-3, F>400м2.

По формуле (25) определяем:

ру.=(3,70·1,30·280)/(1,5·1·100)=8,97 Вт/м2

По формуле (24) определяем:

Рро.=1·8,97·1440·10-3=12,91 кВт

Определяем реактивную осветительную расчетную нагрузку Qpо., квар, по формуле:

Qpo.= Рро.·tg, (27)

где tgо - значение коэффициента реактивной мощности осветительной установки, о.е.

Для ДРЛ принимаем cosо =0,57 о.е, следовательно, tgо =1,44 о.е.

Qpо.=12,91·1,44=18,59квар

Зная Qро.и Ppo., можно найти полную мощность расчетной нагрузки Spo.и расчетный ток Ipo..

Определяем полную осветительную расчетную нагрузку Spo., кВ·А, по формуле (16):

Spo. =22,63кВ•А

Определяем осветительный расчетный ток Ipo., А, по формуле (17):

Iр.=22,63/(•0,4)=32,66 А

6. Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности в настоящее время является немаловажным фактором, позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии. Осуществляется с использованием компенсирующих устройств.

Определяем компенсацию реактивной мощности для цеха обработки блока цилиндров двигателей.

Мощность компенсирующего устройства Qку, квар, для цеха определяем по формуле:

Qку.=РР?(tgц1 - tgц2), (28)

где Qку.- реактивная мощность рассчитываемого компенсирующего устройства, квар;

РР - суммарная активная расчетная мощность, кВт,

tgц1 - коэффициент реактивной мощности до компенсации, о.е.;

tgц2 - требуемый коэффициент реактивной мощности с учётом компенсирующих устройств, о.е.

Определяем tgц2 из cosц2 = (0,92-0,95), о.е., применяем cosц2 = 0,95 о.е.

Определяем коэффициент реактивной мощности tgц1, о.е., до компенсации по формуле:

tgц1 = (Qр.+ Qр0.) /(Рр.+ Рр0.) (29)

tgц1 = (66,38+18,59)/(70,55+12,91) = 1,01

По формуле (28):

Qку.=81,11•(1,04-0,33)=59,25квар

Выбираем конденсатор типаКПС-0,66-25-3У3 с Qном.1к.=25квар.