Электрические сети

Введение

 

В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Основное достоинство электрической энергии — относительная простота производства, передачи, дробления, и преобразования. 

В системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок: 

• по производству электроэнергии — электрические станции; по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии — электрические сети и подстанции; 
• по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах — приемники электроэнергии. 

Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и т. д.) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуется в электрическую энергию. 

В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующие станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные, приливные и др. 

Совокупность электроприёмников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединённых с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называется электропотребителем. 

Совокупность электрических станций, линий электропередачи подстанций тепловых сетей и приемников, объединенных общим непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой электрической энергии, называется энергетической системой. 

Электрические сети подразделяются по следующим признакам: 

1) Напряжение сети. Сети  могут быть напряжением до 1 кВ — низковольтными, или низкого напряжения (НН), и выше 1 кВ высоковольтными, или высокого напряжения. 

2) Род тока. Сети могут  быть постоянного и переменного  тока.  
Электрические сети выполняются в основном по системе трёхфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии. 

3) Назначение. По характеру  потребителей и от назначения  территории, на которой они находятся, различают: сети в городах, сети  промышленных предприятий, сети  электрического транспорта, сети  в сельской местности. 

Кроме того, имеются районные сети, Сети межсистемных связей и др. 

 

ГЛАВА 1 Краткая характеристика проектируемого объекта

 

Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта и настройки электромеханических приборов, выбывающих из строя. 

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два участка, в которых установлено необходимое для ремонта оборудование: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной,складов, сварочных постов, администрации и пр. 

РМЦ получает ЭНС от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до цеховой ТП - 0,9 км, а от энергосистемы (ЭНС) до ГПП - 14 км. Напряжение на ГПП - 6 и 10 кВ. 

Количество рабочих смен - 2. Потребители цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭНС. Грунт в районе РМЦ - чернозем с температурой +20 С. Каркас  
здания цеха смонтирован из блоков-секций длиной 6 м. каждый. 

Размеры цеха 

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м. 

Перечень оборудования РМЦ дан в таблице 1. 

Мощность электропотребления   указана для одного электроприемника. 

Расположение основного оборудования показано на плане. 

 

Таблица  SEQ Таблица \* ARABIC 1 Перечень ЭО ремонтно-

№ на плане	Наименование ЭО	, кВт
1,2	Вентиляторы	48
3 … 5	Сварочные агрегаты	10
6 … 8	Токарные автоматы	12
9 … 11	Зубофрезерные станки	15
12 … 14	Круклошлифовальные станки	4
15 … 17	Заточные станки	3
18,19	Сверильные станки	3,2
20 … 25	Токарные станки	9
26,27	Плоскошлифовальные станки	8,5
28 … 30	Строгальные станки	12,5
31 … 34	Фрезерные станки	95
35 … 37	Расточные станки	11,5
38,39	Краны мостовые	25

механического цеха. 

 

ГЛАВА 2 Разработка схемы электроснабжения объекта

 

Для распределения электрической энергии внутри цехов промышленных предприятий служат электрические сети напряжением до 1000В. 

Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением ЭП, ТП и вводов питания, расчетной мощностью, требованиями бесперебойности электроснабжения, условиями окружающей среды, технико-экономическими соображениями. 

Питание ЭП цеха обычно осуществляется от цеховой подстанции ТП или ТП соседнего цеха. 

Внутрицеховые сети делятся на питающие и распределительные. 

Питающие сети отходят от центрального распределительного щита цеховой ТП к силовым распределительным шкафах СП, к распределительным шинопроводам ШРА или к отдельным крупным ЭП. В некоторых случаях питающая сеть выполняется по схеме БТМ ("Блок - трансформатор - магистраль"). 

Распределительные сети - это сети, идущие от силовых распределительных шкафов или шинопроводов непосредственно к ЭП. При этом ЭП подсоединяется к распределительным устройствам отдельной линией. Допускается подсоединять одной линией до 3-4 ЭП мощностью до ЗкВ, соединенные в цепочку. 

По своей структуре схемы могут быть радиальными, магистральными и смешанными. 

Радиальные схемы с использованием СП применяются при наличии сосредоточенных нагрузок с неравномерным их расположением по площади цеха, а также во взрыво и пожароопасных цехах, в цехах с химически активной и пыльной средой. Они обладают высокой надежностью и применяются для питания ЭП любых категорий. Сети выполняются кабелями или изолированными проводами. 

Магистральные схемы целесообразно применять для питания нагрузок распределительных относительно равномерно по площади цеха, а также для питания групп ЭП принадлежащих одной технологической линии. Схемы выполняются шинопроводами или кабелями. При нормальной среде для построения магистральных сетей можно использовать комплексные шинопроводы. 

Для питания ЭП проектируемого цеха применяем трехфазную четырехпроходную сеть напряжением 380/220В частоты 50Гц. Питание электрооборудования будет осуществляться от цеховой ТП. Т.к. потребители по надежности электроснабжения относятся к 2 и 3 категории, то на ТП устанавливаем 1 трансформатор и предусматриваем низковольтную резервную перемычку от ТП соседнего цеха. 

 

ГЛАВА 3 Определение расчетных силовых нагрузок

 

Правильное определение ожидаемых (расчётных) электрических нагрузок (расчётных мощностей и токов) на всех участках СЭС является главным основополагающим этапом её проектирования. От этого расчёта зависят исходные данные для выбора всех элементов СЭС - денежные затраты на монтаж и эксплуатацию выбранного оборудования (ЭО). 

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала сетей, к неоправданному увеличению установленной мощности трансформаторов и другого ЭО. 

Занижение - может привести к уменьшению пропускной способности электрических сетей, перегреву проводов, кабелей, трансформаторов, к лишним потерям мощности. 

Для распределительных сетей расчётная мощность определяется по номинальной мощности (паспортной) присоединённых ЭП. При этом мощность ЭП работающих в повторно кратковременном режиме приводят к длительному режиму. 

Для линий питающих узлы электроснабжения (распределительные силовые пункты, шинопроводы, цехи и предприятия в целом) расчёт ожидаемых нагрузок осуществляется специальным методом. Расчётная ожидаемая мощность узла всегда меньше суммы номинальных мощностей присоединенных ЭП из-за не одновременности их работы, случайным вероятным характером их включения и отключения, поэтому простое суммирование ЭП приводит к существенному завышению нагрузки по сравнению с ожидаемой. Основным методом расчёта нагрузки является метод упорядоченных диаграмм. Метод применим, когда известны номинальные данные всех ЭП и их размещение на плане цеха. 

Порядок определения расчетных силовых нагрузок по методу упорядоченных диаграмм. 

1. Все ЭП, присоединенные к данному узлу группируют по одинаковому технологическому процессу , но не по одинаковой мощности, при этом мощности ЭП, работающих в повторно-кратковременном режиме приводят к длительному режиму. 

. 

2. Для каждой группы определяют общую мощность  , коэффициент использования  , тригонометрические функции   и   по [2] с. 52, таблица 2.11. 

3. Для каждой группы определяют сменную активную  , реактивную  по формулам 

, 

Где   - это среднее значение активной мощности потребляемая узлом. 

4. Для всего узла определяют  ,  ,   среднее значение коэффициента использования для всего узла 

• =    

средневзвешенные значения тригонометрических функций 

 

,  . 

 

5. Для узла определяют  коэффициент сборки  , где  - номинальная мощность самого мощного ЭП,  - номинальная мощность самого маломощного ЭП. m может быть больше, равен или меньше 3. 

6. Для узла определяют эффективное число электроприемников   - это условное число одинаковых по мощности и режиму работы ЭП, которые потребляли бы за смену такое же количество электроэнергии, как и реальные ЭП. Значение определяют по с. 55, 56 формулы 2.35 – 2.42. 

7. По значениям   и   определяют коэффициент максимума активной нагрузки   с. 54, таблица 2.13. 

8. Определяют максимальную расчетную активную мощность узла:  
. 

9. Определяют максимальную расчетную реактивную мощность узла:  , где   - это коэффициент максимума реактивной мощности. 

 при  . 

 при  . 

10. Определяют максимальную расчетную полную мощность узла: 

. 

11. Определяется максимальный расчетный ток узла 

. 

Расчет по СП – 1. 

Определяем модуль сборки: 

= 

Находим активную сменную мощность группы одинаковых ЭП за наиболее загруженную смену: 

кВт; 

кВт; 

кВт;  
Находим реактивную сменную мощность группы одинаковых ЭП за наиболее загруженную смену: 

кВа; 

кВа; 

кВа; 

Определяем средний коэффициент использования: 

. 

При расчете максимальной нагрузки выбираем условия расчета эффективного числа  . Так, для СП-1 , эффективное число   не определяется, а максимальная потребляемая активная мощность рассчитывается по коэффициенту загрузки  .  кВт. 

Определяем реактивную максимальную мощность: 

 кВа. 

Определяем полную максимальную мощность: 

кВа. 

Определяем максимальный ток нагрузки силового пункта СП-1: 

 

 

ГЛАВА 4 Расчет питающих и распределительных сетей

4.1 Расчёт  и выбор питающих линий

 

Согласно ПУЭ сечения проводников силовой сети напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки в год меньше 4000 выбирают по нагреву или по допустимому току нагрузки. 

Известно, что ток, проходя по проводнику, нагревает его. Количество выделенного тепла определяется по закону Джоуля-Ленца  . Чем больше ток, тем больше температура нагрева проводника. Чрезмерно высокая температура может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений, а также пожарной опасности. Поэтому ПУЭ устанавливает предельно допустимые температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника.