Расчет системы электроснабжения цеха
Расчет системы электроснабжения механического цеха промышленного предприятия методом коэффициента спроса. Рассматривается расчет как индивидуальных, так и групповых электроприемников
Расчет системы электроснабжения, представленная на данной странице состоит из кратких теоретических сведений, методических указаний по выполнению практической работы и исходных данных по вариантам.
Краткие теоретические сведения
Системой электроснабжения называют электрическую систему, осуществляющую производство, передачу и распределение электрической энергии. Система предназначена для бесперебойного и качественного снабжения электроэнергией потребителей, к которым относятся электродвигатели различных механизмов и различные электротехнологические установки (сварочные аппараты, нагревательные печи, электроустановки освещения и т.д.).
С точки зрения электроснабжения строительной площадки или производственного цеха под источником электроэнергии понимают трансформатор, установленный на цеховой трансформаторной подстанции, распределительную сеть низкого напряжения – 380 В, выполненную кабелями или изолированными проводами и электроприёмники – электродвигатели
станков и другого механического оборудования. В этом случае электроэнергия поступает по кабелям от трансформатора к силовым распределительным шкафам, установленным в цехе вдоль стен или колонн вблизи отдельных групп станков. От распределительных шкафов скрытой проводкой в трубах изолированными проводами электроэнергия поступает к танкам.
Задача проектирования системы электроснабжения в данной работе осуществляется согласно заданию, представленному в соответствующем пункте.
Расчет электрических сетей сводится к определению сечения проводов и жил кабеля, к выбору аппаратуры защиты. При расчете сетей решающую роль играет правильная оценка электрических нагрузок.
Принятая в данной работе схема питающей сети имеет следующую структуру: вводной питающий кабель (В) приходит к электрическому щиту (Щ), расположенному в помещении с оборудованием, а затем к каждой единице оборудования уходит свой питающий кабель (Н). При этом в электрическом щите на каждый кабель Н имеется свой аппарат защиты - автоматический выключатель. Также автоматический выключатель имеется в электрическом щите, из которого выходит кабель В.
Задачей работы является выбрать все кабели Н и В, а также рассчитать и выбрать аппараты защиты этих кабелей.
С точки зрения электроснабжения строительной площадки или производственного цеха под источником электроэнергии понимают трансформатор, установленный на цеховой трансформаторной подстанции, распределительную сеть низкого напряжения – 380 В, выполненную кабелями или изолированными проводами и электроприёмники – электродвигатели
станков и другого механического оборудования. В этом случае электроэнергия поступает по кабелям от трансформатора к силовым распределительным шкафам, установленным в цехе вдоль стен или колонн вблизи отдельных групп станков. От распределительных шкафов скрытой проводкой в трубах изолированными проводами электроэнергия поступает к танкам.
Задача проектирования системы электроснабжения в данной работе осуществляется согласно заданию, представленному в соответствующем пункте.
Расчет электрических сетей сводится к определению сечения проводов и жил кабеля, к выбору аппаратуры защиты. При расчете сетей решающую роль играет правильная оценка электрических нагрузок.
Принятая в данной работе схема питающей сети имеет следующую структуру: вводной питающий кабель (В) приходит к электрическому щиту (Щ), расположенному в помещении с оборудованием, а затем к каждой единице оборудования уходит свой питающий кабель (Н). При этом в электрическом щите на каждый кабель Н имеется свой аппарат защиты - автоматический выключатель. Также автоматический выключатель имеется в электрическом щите, из которого выходит кабель В.
Задачей работы является выбрать все кабели Н и В, а также рассчитать и выбрать аппараты защиты этих кабелей.
Методические указания
по выполнению практической работы
Расчет индивидуальных электроприемников
1. В соответствии с заданным преподавателем вариантом, представленном в соответствующем пункте нужно вычертить план помещения с расстановкой оборудования. План выполняется в масштабе, который должен соответствовать ГОСТ 2.302-68 «ЕСКД. Масштабы».
Например, если дан план приведенный на рис. 1, то нужно его вычертить так, как это показано на рис.2.
Например, если дан план приведенный на рис. 1, то нужно его вычертить так, как это показано на рис.2.
Рис. 1 - Исходная планировка помещения по заданию
Затем из табл. 5 нужно взять исходные данные и Записать их в виде таблицы исходных данных (табл. 1). Эта таблица будет расширяться вправо (см. табл. 4), поэтому располагайте ее на листе соответствующим образом.
Табл. 1 - Таблица исходных данных по варианту
2. На плане требуется расположить электрический щит таким образом, чтобы кабели соединяющие его с оборудованием цеха имели минимальную длину.
Пример такого расположения приведен на рис.2. Электрический щит показан прямоугольником, половина которого затемнена.
Кроме того, электрический щит маркируется обозначением "Щ1" и показывают высоту установки H=1,8м.
Пример такого расположения приведен на рис.2. Электрический щит показан прямоугольником, половина которого затемнена.
Кроме того, электрический щит маркируется обозначением "Щ1" и показывают высоту установки H=1,8м.
Рис. 2 - Планировка помещения с установленным электрическим щитом, выполненная в работе
3. На этом этапе нужно соединить электрический щит со всеми индивидуальными электроприемниками трассами питающих кабелей Н1, Н2, Н3, Н4, а также вводной трассой В1, которая начинается от места ввода питающего кабеля и заканчивается в щите Щ1.
Кабели могут быть проложены по стене или потолку (отрыто), а также под полом (в трубе).
Каждая трасса маркируется литерой «Н» и номером электроприемника. Также указывается способ прокладки кабеля: отрыто или в трубе.
Пример выполнения этого пункта приведен на рис. 3.
4. Определяем длительный расчетный ток для каждого потребителя по формуле
Кабели могут быть проложены по стене или потолку (отрыто), а также под полом (в трубе).
Каждая трасса маркируется литерой «Н» и номером электроприемника. Также указывается способ прокладки кабеля: отрыто или в трубе.
Пример выполнения этого пункта приведен на рис. 3.
4. Определяем длительный расчетный ток для каждого потребителя по формуле
Рис. 3 - Планировка помещения проведенными трассами питающих кабелей
(1)
где P – мощность потребителя, Вт; Uн – номинальное напряжение, для трехфазных электроприемников составляет 380 В; cosφ– коэффициент мощности, в относительных единицах; η – кпд, в относительных единицах.
P, cosφ и η берут из табл.1.
Приведем пример расчета:
P, cosφ и η берут из табл.1.
Приведем пример расчета:
(2)
5. По условию
(3)
выбирают сечение и марку провода или кабеля.
В выражении (3) Iдоп – длительно допустимая токовая нагрузка для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми или медными жилами, для кабелей с алюминиевыми или медными жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках (табл. 2).
В выражении (3) Iдоп – длительно допустимая токовая нагрузка для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми или медными жилами, для кабелей с алюминиевыми или медными жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках (табл. 2).
Рассмотрим пример. По кабелю Н1 протекает ток Iдл.1 = 21,6 А, кабель проложен открыто по потолку (в соответствии с рис. 3). Осталось определиться с двумя пунктами:
По характеру нагрузки табл.1 видим, что нагрузка трехфазная без нейтрального провода (в колонке "Характ." имеется запись "3").
По табл. 2 находим колонки "Кабели с медными жилами", "Трехжильные в воздухе/земле" и смотрим на то число, которое стоит слева от символа "/". Наша задача найти ближайшее большее значение относительно тока Iдл.1 = 21,6 А. Это значение составит 25 А. Теперь сместившись по этой строке влево определяем сечение трехжильного кабеля. Оно составит S1 = 2,5 мм2.
Примечание. В табл. 3 приведено количество жил кабеля, по которым протекают рабочие токи. Для характера нагрузки трехфазная без
- материалом токоведущей части кабельного изделия - медь или алюминий;
- видом кабельного изделия - провод или кабель.
По характеру нагрузки табл.1 видим, что нагрузка трехфазная без нейтрального провода (в колонке "Характ." имеется запись "3").
По табл. 2 находим колонки "Кабели с медными жилами", "Трехжильные в воздухе/земле" и смотрим на то число, которое стоит слева от символа "/". Наша задача найти ближайшее большее значение относительно тока Iдл.1 = 21,6 А. Это значение составит 25 А. Теперь сместившись по этой строке влево определяем сечение трехжильного кабеля. Оно составит S1 = 2,5 мм2.
Примечание. В табл. 3 приведено количество жил кабеля, по которым протекают рабочие токи. Для характера нагрузки трехфазная без
Табл. 2 - Допустимые токовые нагрузки на кабели
нейтрального провода (запись "3" в колонке "Характ." табл. 3) и трехфазная с нейтральным проводом (запись "3N" в колонке "Характ." табл. 3) в обоих случаях количество жил кабеля тудет составлять три.
Аналогичным образом выберем сечения для кабелей Н2, Н3, Н4. Они составят: S2 = 10 мм2, S3 = 1,5 мм2, S4 = 4 мм2.
Марку кабеля для прокладки внутренней и внешней проводки в помещениях жилого и хозяйственного назначения рекомендуется взять ВВГнг-LS. С расшифровкой типа кабеля можно знакомиться, например, по ссылке.
Маркировка кабеля строится следующим образом: ВВГнг-LS nхm, где n - количество токоведущих жил в кабеле, m - сечение каждой токоведущей жилы кабеля, мм2.
Количество токоведущих жил в кабеле определяется характеристикой нагрузки:
Запишем марки кабелей для потребителей:
Аналогичным образом выберем сечения для кабелей Н2, Н3, Н4. Они составят: S2 = 10 мм2, S3 = 1,5 мм2, S4 = 4 мм2.
Марку кабеля для прокладки внутренней и внешней проводки в помещениях жилого и хозяйственного назначения рекомендуется взять ВВГнг-LS. С расшифровкой типа кабеля можно знакомиться, например, по ссылке.
Маркировка кабеля строится следующим образом: ВВГнг-LS nхm, где n - количество токоведущих жил в кабеле, m - сечение каждой токоведущей жилы кабеля, мм2.
Количество токоведущих жил в кабеле определяется характеристикой нагрузки:
- для трехфазной без нейтрального провода (запись "3" в колонке "Характ." табл. 3) принимаем количество жил равное 4 (3 жилы линейных проводов и 1 жила защитного заземления);
- для трехфазная с нейтральным проводом (запись "3N" в колонке "Характ." табл. 3) принимаем количество жил равное 5 (3 жилы линейных проводов, 1 жила рабочей нейтрали и 1 жила защитного заземления).
Запишем марки кабелей для потребителей:
- Н1 прокладываем кабелем ВВГнг-LS 4×2,5;
- Н2 прокладываем кабелем ВВГнг-LS 5×10;
- Н3 прокладываем кабелем ВВГнг-LS 4×1,5;
- Н4 прокладываем кабелем ВВГнг-LS 4×4.
6. Определяем потери напряжения для трехфазной цепи каждого потребителя по формуле:
(4)
где L – длина провода в км от щита Щ1 до электроприемника, определяемая по плану цеха, с учетом подъемов и спусков кабеля (в упрощенном расчете можно к длине кабеля по плану прибавить 5 м).
r0 и x0 – удельные активное и реактивное сопротивления кабеля. Их для всех сечений кабельных линий напряжением до 1000 В можно принять равными r0 =0,514 Ом/км и x0 = 0,35 Ом/км.
cos φ и sin φ – определяются из паспортных данных электроприемников (по табл. 1). Для простоты дальнейших расчетов пересчитаем cos φ из табл. 1 в sin φ и tg φ по известным тригонометрическим формулам. Результаты расчета сведем в табл. 3.
r0 и x0 – удельные активное и реактивное сопротивления кабеля. Их для всех сечений кабельных линий напряжением до 1000 В можно принять равными r0 =0,514 Ом/км и x0 = 0,35 Ом/км.
cos φ и sin φ – определяются из паспортных данных электроприемников (по табл. 1). Для простоты дальнейших расчетов пересчитаем cos φ из табл. 1 в sin φ и tg φ по известным тригонометрическим формулам. Результаты расчета сведем в табл. 3.
Табл. 3 - Пересчет тригонометрических функций
В случае, если ΔU будет меньше 10 %, то выбранный кабель прошел проверку по падению напряжения, если больше 10 %, то нужно взять сечение кабеля следующей ступенью по табл. 2.
Рассчитаем падению напряжения для каждого потребителя
Рассчитаем падению напряжения для каждого потребителя
(5)
7. Выберем аппарату максимальной токовой защиты по условию
(6)
Рассчитаем токи уставок для каждого электроприемника
(7)
На основании рассчитанных токов выберем уставки аппаратов максимальной токовой (автоматических выключателей) защиты для каждого электроприемника из ряда стандартных токов.
Стандартный ряд номинальных токов автоматических выключателей, А: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300.
Из стандартного ряда выбираем ближайшее значение.
Для рассматриваемого примера получим: Iуст.ст.1 = 32 А, Iуст.ст.2 = 100 А, Iуст.ст.3 = 16 А, Iуст.ст.4 = 40 А.
Определим марку автоматических выключатели для применения в составе шита Щ1. Для защиты от токов короткого замыкания в однофазных или трехфазных электрических цепях переменного тока номинальным линейным напряжением не более 400 В и частотой 50 Гц выберем автоматический выключатель ВА47-29.
Обозначение автоматических выключатели имеет следующую структуру: ВА47-29 3Р 5А,
где ВА47-29 - тип автоматического выключателя, 3Р - 3 полюса отключения, 5А - номинальный ток автоматического выключателя.
Для нашего примера выберем следующие аппаратов максимальной токовой защиты:
для кабеля Н1 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 32А,
для кабеля Н2 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 100А,
для кабеля Н3 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 16А,
для кабеля Н4 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 40А.
8. Обобщим ранее выполненные расчеты в табл. 4.
Стандартный ряд номинальных токов автоматических выключателей, А: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300.
Из стандартного ряда выбираем ближайшее значение.
Для рассматриваемого примера получим: Iуст.ст.1 = 32 А, Iуст.ст.2 = 100 А, Iуст.ст.3 = 16 А, Iуст.ст.4 = 40 А.
Определим марку автоматических выключатели для применения в составе шита Щ1. Для защиты от токов короткого замыкания в однофазных или трехфазных электрических цепях переменного тока номинальным линейным напряжением не более 400 В и частотой 50 Гц выберем автоматический выключатель ВА47-29.
Обозначение автоматических выключатели имеет следующую структуру: ВА47-29 3Р 5А,
где ВА47-29 - тип автоматического выключателя, 3Р - 3 полюса отключения, 5А - номинальный ток автоматического выключателя.
Для нашего примера выберем следующие аппаратов максимальной токовой защиты:
для кабеля Н1 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 32А,
для кабеля Н2 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 100А,
для кабеля Н3 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 16А,
для кабеля Н4 выберем автоматический выключатель ВА47-29 3Р 40А.
8. Обобщим ранее выполненные расчеты в табл. 4.
Табл. 4 - результаты расчетов индивидуальных электроприемников
В табл. 4 дополнительно введены обозначения "Спос.прок" - способ прокладки кабеля: "в" - в воздухе, "з" - в земле; L - длина кабеля (длина по плану плюс 5 м), м.
Расчет групповых электроприемников
9. Расчетная нагрузка для группового электроприемника определяется по следующей последовательности действий.
- Расчетная активная мощность определяется по формуле
(8)
где Р - мощности электроприемников, Kc – групповой коэффициент спроса, который зависит от типа оборудования и отрасли промышленности, для которой производится расчет системы электроснабжения. Для механических станков Kc = 0,2...0,4.
- Расчетная реактивная мощность определяется по формуле
(9)
где tgφср.вз. – средневзвешенный тангенс угда сдвига фаз для группы электроприемников. Он определяется по формуле
(10)
здесь Рi - мощность i-го электроприемника, tgφi – тангенс угда сдвига фаз i-го электроприемника (принимается из табл. 3).
- Расчетная полная мощность определяется по формуле
(11)
Определим расчетную нагрузку для группового электроприемника рассматриваемого примера
(12)
(13)
(14)
(15)
10. Рассчитаем ток в линии В, питающей электрический щит Щ1 по формуле
(16)
здесь Sр берется в ВА, Uл - линейное напряжение сети, для трехфазного приемника составляет Uл = Uн = 380 В.
Для нашего примера ток в линии В1 составит
Для нашего примера ток в линии В1 составит
(17)
11. По величине расчётного тока из табл. 2 в соответствии с методикой рассмотренной в пункте 5 выбираем сечение жилы кабеля В.
Для нашего примера сечение кабеля В1 по табл. 2 получаем S = 4 мм2. Но при выборе такого сечения система электроснабжения будет работать не корректно. Поэтому сечение кабеля В1 выбираем не менее наибольшего сечения из кабелей Н. В этом случае сечение кабеля В1 составит S = 10 мм2.
12. Определим длину вводного кабеля В. для этого определим его по плану цеха и прибавим к ней длину кабеля от ввода в цех до питающего щита, к которому подключен кабель В. Эта длина дана в таблице (табл. 5) исходных данных в колонке L.
Для нашего примера длина кабеля В1 составит Lв = 37 м.
13. Проверяем выбранное сечение жилы кабеля по потере напряжения, аналогично проверке сечения кабелей Н по формуле (4).
В нашем примере получим падение напряжения
Для нашего примера сечение кабеля В1 по табл. 2 получаем S = 4 мм2. Но при выборе такого сечения система электроснабжения будет работать не корректно. Поэтому сечение кабеля В1 выбираем не менее наибольшего сечения из кабелей Н. В этом случае сечение кабеля В1 составит S = 10 мм2.
12. Определим длину вводного кабеля В. для этого определим его по плану цеха и прибавим к ней длину кабеля от ввода в цех до питающего щита, к которому подключен кабель В. Эта длина дана в таблице (табл. 5) исходных данных в колонке L.
Для нашего примера длина кабеля В1 составит Lв = 37 м.
13. Проверяем выбранное сечение жилы кабеля по потере напряжения, аналогично проверке сечения кабелей Н по формуле (4).
В нашем примере получим падение напряжения
(18)
здесь cos φв и sin φв рассчитаны из tgφср.вз. с использованием известных тригонометрических зависимостей. Падение напряжения составило менее 10 %, следовательно выбранное сечение кабеля верно.
Выберем кабель ВВГнг-LS 5×10.
14. Ток плавкой вставки или ток уставки автоматического выключателя для защиты от короткого замыкания линии, питающей групповой электроприёмник, выбирается по пиковому току из условия Iпл ≥ Iп, где Iпл – ток плавкой вставки.
Пиковый ток определяется по формуле
Выберем кабель ВВГнг-LS 5×10.
14. Ток плавкой вставки или ток уставки автоматического выключателя для защиты от короткого замыкания линии, питающей групповой электроприёмник, выбирается по пиковому току из условия Iпл ≥ Iп, где Iпл – ток плавкой вставки.
Пиковый ток определяется по формуле
(19)
где Iп max – пусковой ток наибольшего по мощности электроприемника, присоединённого к распределительному щиту Щ1;
Iн max – длительный ток наибольшего по мощности электроприемника, присоединённого к распределительному щиту Щ1.
Определение этих токов производится следующим образом.
Находим электроприемник наибольшей мощности по табл. 4 (в нашем примере это электроприемник №2 мощностью 35 кВт). Его длительный ток Iдл будет соответствовать Iн max (в рассматриваемом примере Iн max = Iдл = 62,2 А). Чтобы получить пусковой ток нужно длительный ток Iдл этого электроприемника умножить на соотношение пускового тока к номинальному Iп/Iн. табл. 4 (в нашем примере Iп max = Iдл · Iп/Iн = 62,2 · 5,8 = 361 А).
Для нашего примера пиковый ток составит
Iн max – длительный ток наибольшего по мощности электроприемника, присоединённого к распределительному щиту Щ1.
Определение этих токов производится следующим образом.
Находим электроприемник наибольшей мощности по табл. 4 (в нашем примере это электроприемник №2 мощностью 35 кВт). Его длительный ток Iдл будет соответствовать Iн max (в рассматриваемом примере Iн max = Iдл = 62,2 А). Чтобы получить пусковой ток нужно длительный ток Iдл этого электроприемника умножить на соотношение пускового тока к номинальному Iп/Iн. табл. 4 (в нашем примере Iп max = Iдл · Iп/Iн = 62,2 · 5,8 = 361 А).
Для нашего примера пиковый ток составит
(20)
На основании пикового тока выберем уставку аппарата максимальной токовой (автоматического выключателя) защиты кабеля В.
Из стандартного ряда выбираем ближайшее значение.
Стандартный ряд номинальных токов автоматических выключателей, А: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300.
Для рассматриваемого примера получим: Iуст.ст.В1 = 400 А.
Из стандартного ряда выбираем ближайшее значение.
Стандартный ряд номинальных токов автоматических выключателей, А: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300.
Для рассматриваемого примера получим: Iуст.ст.В1 = 400 А.
Определим марку автоматического выключателя для защиты кабеля В. В данном случае автоматический выключатель ВА47-29 уже не подойдет, т.к. в его технических характеристиках указано, что максимальный номинальный ток для этого автоматического выключателя составляет 63 А. Тогда примем автоматический выключатель ВА-99М в его технических характеристиках указано, что его номинальные токи достигают 1 600 А.
Для нашего примера выберем в качестве аппарата максимальной токовой защиты кабеля В1 автоматический выключатель ВА-99М 3Р 400А.
15. Дополним планировку определенными в результате расчетов параметрами кабелей. Получим итоговую планировку помещения, приведенную на рис. 4.
Для нашего примера выберем в качестве аппарата максимальной токовой защиты кабеля В1 автоматический выключатель ВА-99М 3Р 400А.
15. Дополним планировку определенными в результате расчетов параметрами кабелей. Получим итоговую планировку помещения, приведенную на рис. 4.
Рис. 4 - Итоговая планировка помещения
Исходные данные по вариантам
Вариант задания выбирается студентом исходя из номера по списку группы.
В табл. 5 расположены общие данные по варианту, Под таблицей расположена форма в виде раскрывающегося списка с рисунками, на которых показаны планировками помещений для проектирования электроснабжения цеха.
В табл. 5 расположены общие данные по варианту, Под таблицей расположена форма в виде раскрывающегося списка с рисунками, на которых показаны планировками помещений для проектирования электроснабжения цеха.
Табл. 5 - Исходные данные по вариантам
Рисунки планировки помещений по вариантам
Ссылка на источник
Электроснабжение с основами электротехники: методические указания / Сост. В.В. Сабуров, В.В. Смирнов, А.С. Фадеев. – Самара: СГАСУ, 2013. – 30 с.
