Проектирование системы электроснабжения токарного цеха

где I_дл – длительный ток электроприемника, А;

0,85 – коэффициент,  учитывающий взаимный нагрев  автоматов в одном шкафу.

I_расч1 = 109,4 / 0,85 = 128,7 А;

I_расч2 =  9,72 / 0,85 = 11,4 А;

I_расч3 =  6,07 / 0,85 = 7,14 А;

I_расч4 =  6,7 / 0,85 = 7,9 А;

I_расч5 =  30,4 / 0,85 = 35,8 А;

 

Принимаем токи установок  тепловых расцепителей и выбираем тип  автоматических выключателей:

I_прин1 =  160 А – ВА 51-33;

I_прин2 = 12,5 А – ВА 51-31;

I_прин3 = 10 А – ВА 51-31;

I_прин4 = 10 А – ВА 51-31;

I_прин5 = 40 А – ВА 51-31.

 

Ток принятый электромагнитного  расцепителя (мгновенный) должен быть в 10 раз больше принятого тока уставки  теплового расцепителя.

I_{прин.эл.расц.} = I_{прин.т.р.} · 10

 

I_{прин.эл.расц.1} = 160 · 10 = 1600 А;

I_{прин.эл.расц.2} = 12,5 · 10 = 125 А;

I_{прин.эл.расц.3} = 10 · 10 = 100 А;

I_{прин.эл.расц.4} = 10 · 10 = 100 А;

I_{прин.эл.расц.5} = 40 · 10 = 400 А.

Расчетный ток длительно-допустимой нагрузки должен быть в 1,25 больше значения расчетного тока теплового расцепителя:

I_{расч.дл.доп.} = I_{расч.тепл.расц.} · 1,25

 

I_{расч.дл.доп.1} = 128,7 · 1,25 = 161 А;

I_{расч.дл.доп.2} = 11,4 · 1,25 = 14,25 А;

I_{расч.дл.доп.3} = 7,14 · 1,25 = 9 А;

I_{расч.дл.доп.4} = 7,9 · 1,25 = 10 А;

I_{расч.дл.доп.5} = 35,8 · 1,25 = 45 А;

 

Выберем марку провода  от РП-1 до каждого потребителя (Л-1, табл. 12-3, ст. 314), при условии, что:

I_доп. ≥ I_дл

- для мостового крана  -  ВВГ (5х70);

- для манипулятора  электрического -  ВВГ (5х1,5);

- для точильно-шлифовального  -  ВВГ (5х1,5);

- для настольного сверлильного  станка -  ВВГ (5х1,5);

- для токарного полуавтомата -  ВВГ (5х10).

 

По РП-1 выбираем автоматический выключатель ВА 51-33 и кабель ВВГ (5х95).

К отдельным электроприемникам  медный кабель прокладываем в трубе  в полу скрытой проводкой. От ВРУ к распределительным шкафам прокладываем кабель однопроводный с полиэтиленовой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке открыто по стене на скобах на высоте 3 – 3,5 метра.

 

Таблица 1.2

Выбор проводов, кабелей и автоматических выключателей

Наименование потребителя	Ток нагрузки		Тепловой расцепитель		Мгновенный расцепитель		Тип выключателя	Длит. допустимая нагрузка		Марка и сечение провода, каблея
	Iном, А	Iпуск., А	Iрасч., А	Iприн, А	Iрасч., А	Iприн, А		Iрасч., А	Iдл.доп, А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
РП-1
Кран мостовой	109,4	654,4	128,7	160	656,4	1600	ВА 51-33	161	162	ВВГ (5х70)
Манипулятор электрический	9,72	58,32	11,4	12,5	58,32	125	ВА 51-31	14,25	17	ВВГ (5х1,5)
Точильно-шлифовальный станок	90,7	36,42	7,14	10	36,42	100	ВА 51-31	9	17	ВВГ (5х1,5)
Настольный сверлильный станок	6,7	40,2	7,9	10	40,2	100	ВА 51-31	10	17	ВВГ (5х1,5)
Токарный полуавтомат	30,4	182,4	35,8	40	182,4	400	ВА 51-31	45	50	ВВГ (5х10)
Магистраль  РП-1	128,7	756,11	151,4	160			ВА 51-33	189,3	200	ВВГ (5х95)
РП-2
Токарный станок	39,5	237	46,5	50	237	500	ВА 51-31	58,1	68	ВВГ (5х16)
Слиткообдирочный станок	7	42	80,2	10	42	100	ВА 51-31	10,3	17	ВВГ (5х1,5)
Магистраль  РП-2	57,4	397,7	67,5	80	397,5	800	ВА 51-31	84,4	85	ВВГ (5х25)
РП-3
Кран мостовой	109,4	656,4	128,7	160	656,4	160	ВА 51-33	161	162	ВВГ (5х70)
Манипулятор электрический	9,72	58,32	11,4	12,5	58,32	125	ВА 51-31	14,25	17	ВВГ (5х1,5)
Горизонтально-фрезерный станок	21,2	127,2	25	31,5	127,2	315	ВА 51-31	31	31	ВВГ (5х4)
Настольный сверлильный станок	6,7	40,2	7,9	10	40,2	100	ВА 51-31	10	17	ВВГ (5х1,5)
Точильно-шлифовальный станок	6,07	36,42	7,14	10	36,42	100	ВА 51-31	9	17	ВВГ (5х1,5)
Токарный полуавтомат	30,4	182,4	35,8	40	182,4	400	ВА 51-31	45	50	ВВГ (5х10)
Вентиляторная	8,5	51	10	10	51	100	ВА 51-31	12,5	17	ВВГ (5х1,5)
Магистраль  РП-3	128,7	815,5	151,4	160	815,5	1600	ВА 51-33	189,3	200	ВВГ (5х95)
РП-4
Продольно-строгальный  станок	30,4	182,4	35,8	40	182,4	400	ВА 51-31	45	50	ВВГ (5х10)
Слиткообдирочный станок	7	42	8,2	10	42	100	ВА 51-31	10,3	17	ВВГ (5х1,5)
Анодно-механический станок	227	1362	267	320	1362	3200	ВА 51-37	334	2х200	2 ВВГ (5х95)
Тельфер	15,2	91,2	17,9	20	91,2	200	ВА 51-31	22,4	31	ВВГ (5х95)
Магистраль  РП-4	267	1648,6	314	320	1648,6	3200	ВА 51-37	392,5	2х200	2 ВВГ (5х95)
РП-5
Слиткообдирочный станок	7	42	8,2	10	42	100	ВА 51-31	10,3	17	ВВГ (5х1,5)
Анодно-механический станок	227	1362	267	320	1362	3200	ВА 51-37	334	2х200	2 ВВГ (5х95)
Магистраль  РП-5	267	1613	314	320	1613	3200	ВА 51-37	392,5	2х200	2 ВВГ (5х95)

 

1.7. Проверка выбранного сечения проводов на

допустимую потерю напряжения

 

Выбранные по длительному  току и согласованные с током  защиты аппаратов сечения проводников  внутрицеховых электрических сетей  должны быть проверены а потерю напряжения. Согласно ПУЭ для силовых сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более 5%. Для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий допустимое отклонение напряжения –2,5 +5% . Эти требования обусловлены тем, что электрический момент зависит от квадрата подведенного напряжения и его уменьшение ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов; в сетях электрического освещения снижение напряжения приводит к резкому снижению светового потока и освещенности на рабочих местах.

 

Потерю напряжения рассчитываем по формуле

 

ΔU_расч = M / S · С < ΔU_доп = 5%

где S – сечение провода (кабеля), мм²;

 C – коэффициент, который принимаем С=77 для медных проводов, С=46 для алюминиевых проводов;

М – момент нагрузки, кВт · м, который определяется как

M = P · L,

где Р – номинальная  мощность;

L – длина провода, м.

 

Проверяем на допустимую потерю напряжения сечения проводов от распределительных пунктов до потребителей.

 

Расчет производим для  мостового крана:

 

М = 36 · 4 = 144 кВт · м;

ΔU_расч = 144 / 70 · 77 = 0,03 % < ΔU_доп = 5%

 

Так как ΔU_расч = 0,03 % < ΔU_доп = 5%, то делаем вывод, что кабель марки ВВГ (5х70) от мостового крана проходит по условию.

Аналогично проверяем  другие сечения проводов (кабелей) и  результаты заносим в таблицу 1.3.

 

 

 

Таблица 1.3

Потери напряжения в отходящих линиях

 

Наименование потребителя	Номинальная мощность, Рном, кВт	Длина провода (кабеля), L, м	Поперечное сечение, S, мм2	Момент нагрузки, М, кВт·м	Потери напряжения, ΔU, %
1	2	3	4	5	6
РП-1
Кран мостовой	36	4	70	144	0,03
Манипулятор электрический	3,2	6	1,5	19,2	0,17
Манипулятор электрический	3,2	7	1,5	22,4	0,2
Точильно-шлифовальный станок	2	9	1,5	18	0,16
Настольный сверлильный станок	2,2	12	1,5	26,4	0,23
Настольный сверлильный станок	2,2	14	1,5	30,8	0,27
Токарный полуавтомат	10	8	10	80	0,1
Токарный полуавтомат	10	9	10	90	0,12
Магистраль  РП-1	68,8	14	95	963,2	0,13
РП-2
Токарный станок	13	9	16	117	0,1
Токарный станок	13	14	16	182	0,15
Токарный станок	13	8	16	104	0,08
Токарный станок	13	7	16	91	0,07
Слиткообдирочный станок	3	12	1,5	36	0,3
Слиткообдирочный станок	3	14	1,5	42	0,4
Слиткообдирочный станок	3	12	1,5	36	0,3
Слиткообдирочный станок	3	16	1,5	48	0,4
Слиткообдирочный станок	3	8	1,5	24	0,2
Слиткообдирочный станок	3	6	1,5	18	0,16
Магистраль  РП-2	70	11	25	770	0,4
РП-3
Кран мостовой	36	9	70	324	0,06
Манипулятор электрический	3,2	10	1,5	32	0,3
Манипулятор электрический	3,2	12	1,5	38,4	0,3
Горизонтально-фрезерный станок	7	8	4	56	0,2
Горизонтально-фрезерный станок	7	6	4	42	0,14
Настольный сверлильный станок	2,2	8	1,5	17,6	0,15
Настольный сверлильный станок	2,2	5	1,5	11	0,1
Точильно-шлифовальный станок	2	9	1,5	18	0,15
Токарный полуавтомат	10	14	10	140	0,18
Токарный полуавтомат	10	18	10	180	0,23
Вентиляторная	4,5	10	1,5	45	0,4
Вентиляторная	4,5	9	1,5	40,5	0,35
Магистраль  РП-3	91,8	12	95	1101,6	0,15
РП-4
Продольно-строгальный  станок	10	6	10	60	0,08
Продольно-строгальный  станок	10	8	10	80	0,1
Слиткообдирочный станок	3	7	1,5	21	0,18
Слиткообдирочный станок	3	12	1,5	36	0,3
Анодно-механический станок	75	9	95	675	0,1
Тельфер	5	14	4	70	0,23
Магистраль  РП-4	106	18	95	1908	0,26
РП-5
Слиткообдирочный станок	3	6	1,5	18	0,16
Слиткообдирочный станок	3	5	1,5	15	0,13
Слиткообдирочный станок	3	7	1,5	21	0,18
Анодно-механический станок	75	9	95	675	0,1
Анодно-механический станок	75	10	95	750	0,1
Магистраль  РП-5	159	20	95	3180	0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8. 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.

Различают следующие  виды коротких замыканий: трехфазное, или симметричное – три фазы соединяются между собой; двухфазное – две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное – одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю – две фазы соединяются между собой и с землей.

Короткие замыкания  возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение изоляции, обрыв проводов с падением проводов на землю, механические повреждения кабелей, проводов.

Короткие замыкания, как  правило, сопровождаются увеличением  токов в поврежденных фазах до величин превосходящих в несколько раз номинальные значения. Протекание токов к.з. приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. Проводники и аппараты должны без повреждений переносить нагрев токами к.з. должны быть термически устойчивы. Токи к.з. также сопровождаются значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Под действием этих усилий токоведущие части, аппараты и электрические машины должны быть устойчивыми в электродинамическом отношении. Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения.

Расчет токов к.з. выполняется  в следующем порядке:

1. составляем схему электроснабжения цеха;
2. составляем расчетную схему;
3. намечаем точки короткого замыкания
4. составляем схему замещения, где все аппараты и токоведущие части замещаем сопротивлением.
5. составляем эквивалентную схему

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

 

Расчет токов к.з. в  точках К1 и К2.

 

Расчет токов к.з. для  стороны низкого напряжения производим в именованных единицах.

Составляем расчетную  схему (рисунок 1.1. (б)). Величину сопротивлений трансформатора определяем по Л-1, табл.1.9.1, стр.61., а величину сопротивлений автоматических выключателей определяем по табл.1.9.3 ст. 61.

 

 

 

Сопротивление трансформатора:

 

R_тр = 5,5 мОм

X_тр = 17,1 мОм

 

Сопротивление кабеля от ГРП до РП1:

 

R_к = r₀ · L_к

X_к = x₀ · L_к,

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

 

R_к = 0,195 · 14 = 2,73 мОм

X_к = 0,081 · 14 = 1,134 мОм

 

Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления  на участках между точками КЗ и  наносятся на схему (рис. 1.1 (в)):

 

R_э1 = R_тр + R_sf1 + R_sf2 = 5.5 + 0.15 + 0.15 = 5,8 мОм;

X_э1 = X_тр + X_sf1 + X_sf2 = 17,1 + 0,15 + 0,17 = 17,42 мОм;

 

R_э2 = R_sf3 + R_к = 0,7 + 2,73 = 3,43 мОм;

X_э2 = X_sf3 + X_к = 0,7 + 1,134 = 1,834 мОм.

 

Определим сопротивления  до каждой точки КЗ и заносятся  в «Сводную ведомость» (табл. 1.4):

 

R_к1 = R_э1 = 5,8 мОм; X_к1 = X_э1 = 17,42 мОм

 

R_к2 = R_э2 = 3,43 мОм; X_к2 = X_э2 = 1,834 мОм

 

R_к1 / X_к1 = 5,8 / 17,42 = 0,33;

R_к2 / X_к2 = 3,43 / 1,834 = 1,87

 

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

Значение ударного коэффициента К_у определим графически по Л.-1 рис. 1.9.1, ст.59:

 

К_у1 = f (R_к1 / X_к1) = f(0,33) = 1,32

К_у2 = f (R_к2 / X_к2) = f(1,87) = 1

 

Определим токи КЗ и результаты занесем в «Сводную ведомость»:

 

I_к1 = U_ном / √3 · Z_к1 = 400 / 1,73 · 0,0184 = 12,6 кА;

I_к2 = U_ном / √3 · Z_к2 = 400 / 1,73 · 0,0039 = 59,2 кА;

 

I_ук1 = q₁ · I_к1 = 1,1 · 12,6 = 13,86 кА;

I_ук2 = q2 · I_к2 = 1 · 59,2 = 59,2 кА;

 

i_ук1 = √2 · К_у1 · I_к1 = 1,4 · 1,32 · 12,6 = 23,5 кА;

i_ук2 = √2 · К_у2 · I_к2 = 1,4 · 1 · 59,2 = 83,7 кА.

 

Таблица 1.4

Сводная ведомость  токов КЗ:

 

Точка КЗ	Rк, мОм	Xк, мОм	Zк, мОм	Rк / Xк	Ку	q	Iк, кА	iук, кА
1	2	3	4	5	6	7	8	9
К1	5,8	17,42	18,4	0,33	1,32	1,1	12,6	23,5
К2	3,43	1,834	3,9	1,87	1	1	59,2	83,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   а)                                           б)                                     в)

 

 

Рисунок 1.1. а) Схема ЭСН  расчетная; б) Схема замещения; в) Эквивалентная схема.

 

 

 

2. ОХРАНА ТРУДА

 

2.1. Расчет заземляющего устройства.

 

Все металлические части электроустановок, нормально не находятся под напряжением из-за повреждения изоляции, должны надежно соединяться с землей. Такое заземление называется защитным, так как его целью является защита обслуживающего персонала от опасных напряжений прикосновения. То есть его назначение в том, чтобы обеспечить между корпусом защищаемого электрооборудования и землей электрическое соединение с достаточно малым сопротивлением. И тем самым снизить до безопасного значения напряжения прикосновения во время замыкания на корпус электрооборудования.

Строим заземляющее  устройства для подстанции 10/0,4 кВ. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом, так как электроустановка совмещает напряжение свыше и ниже 1 кВ.

Грунт в районе подстанции состоит из песка. Выбираем по Л-1 табл. 1.13.3 стр.90 удельное сопротивление грунта, р = 800 Ом · м.

 

 

Определим расчетное  сопротивлении одного вертикального  электрода: 

R_в = 0,3 · ρ · К_сез.в = 0,3 · 800 · 1,7 = 408 Ом,

где ρ – удельное сопротивление  грунта (песка) (Л.-1, табл. 1.13.3, ст. 90);

К_сез.в – коэффициент сезонности по табл. 1.13.2 К_сез.в = F (верт., II) = 1,7

 

Определим предельное сопротивление  совмещенного ЗУ:

 

,

 

R_зу1 = 125 / I_з = 125 / 10 = 12,5 Ом;

 

 

Для расчета принимаем R_зу1 = 4Ом,

 

Но так для расчета  ρ > 100 Ом·м, то для расчета принимается:

 

R_зу ≤ 4 · ρ / 100 = 4 · 800 / 100 = 32 Ом

 

Определим количество вертикальных электродов:

 

- без учета экранирования (расчетное):

 

N’_в.р = R_в / R_зу = 408 / 32 = 12,75, принимаем N’_в.р = 13;

 

 

- с учетом экранирования:

 

N_в.р = N’_в.р / η_в = 13 / 0,59 = 22,

 

где η_в определяем по таблице 1.13.5, η_в = 0.59.

 

Определим уточненное значение сопротивления вертикальных и горизонтальных электродов: