Проводники электросетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля-Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания ток Q = I2Rt. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током и отдачей в окружающую среду.
Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности.
Поэтому устанавливаются предельнодопустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.
Длительнопротекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.
Значение допустимых длительных токовых нагрузок составляем для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +25°С, температура земли +15°С и при условии, что в траншее уложен только один кабель. Если условие прокладки проводников отличается от идеальных, то допустимый ток нагрузки определяется с поправкой на температуру (kп1) и количество прокладываемых кабелей в одной траншее (kп2)
(23)
Определяем сечение кабеля для силового шкафа №1.
1) Расчетный ток СШ1 равен Iр = 35,5 А
По рекомендации выбираем кабель сечением S = 10 мм2 и допустимым током Iд = 85 А;
2) Проверяем выбранный кабель по условию нагрева
По условию Iд>= Iд/, следовательно, условие выполняется;
3) Проверяем кабель по потере напряжения
(24)
где l – длина кабельной линии, км;
r0 – активное сопротивление кабеля, Ом/км (принимается в зависимости от сечения кабеля);
х0 – индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.
К остальным силовым шкафам расчет сечения кабелей ведется аналогично. Расчетные данные заносим в таблицу 4.
Таблица 4.
|
|
Iр, А |
Iд, А |
S,мм2 |
Iд/, А |
Kп1 |
Кп2 |
L, км |
R0, Ом/км |
Х0, Ом/км |
ΔU,% |
|
СШ1 |
327 |
340 |
40 |
332 |
1,04 |
0,94 |
0,03 |
1,85 |
0,099 |
0,58 |
|
СШ2 |
78,8 |
85 |
10 |
83 |
1,04 |
0,94 |
0,05 |
1,85 |
0,099 |
1,6 |
|
СШ3 |
50,2 |
85 |
10 |
83 |
1,04 |
0,94 |
0,02 |
1,85 |
0,099 |
0,7 |
По рассчитанным токам для групп электроприемников распределительные силовые шкафы
1) Для СШ1, Iр = 327 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа ПН2-400.
2) для СШ2, Iр = 78,8 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.
3) для СШ3, Iр = 50,2 А выбираем силовой шкаф серии ШРС1-53У3 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.
2.4 Расчет токов короткого замыкания и проверки элементов в характерной линии электроснабжения
2.4.1 Общие сведения о КЗ
При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.
Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
В системе трехфазного переменного тока могут возникать замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 – 92 % от общего числа КЗ).
Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.
Причинами коротких замыканий могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.
Короткие замыкания могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ самоликвидируется в течении безтоковой паузы коммутационного аппарата.
Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств.
Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.
Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.
Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.
2.4.2 Расчет токов КЗ
Определяем сопротивления элементов цепи расположенных на стороне высокого напряжения трансформатора
(25)
(26)
где Lc – длина линии до трансформатора, х0 – удельное индуктивное сопротивление линии, r0 – активное удельное сопротивление.
Сопротивления приводятся к НН:
4) Определяем сопротивления для трансформатора
Rт=16,6 мОм, Хт=41,7 мОм
5) Определяем сопротивления для автоматических выключателей
1SF R1SF= 0,4 мОм, X1SF=0,17 мОм, Rп1SF=0,6 мОм
SF1 RSF1= 1,3 мОм, XSF1=1,2 мОм, RпSF1=0,75 мОм
6) Определяем сопротивление кабельных линий
КЛ1 r0/=3,12 мОм, x0=0,099 мОм
Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то
КЛ2 r0/=4,16 мОм, x0=0,08 мОм
7) Определяем сопротивления участков цепи до каждой точки КЗ
8) Определяем 3-фазные и 2-фазные токи КЗ
9) Определяем ударные токи КЗ
10) Определяем действующее значение ударного тока
где q – коэффициент действующего значения ударного тока
11) Результаты расчетов заносим в сводную ведомость токов КЗ таблица 5.
Таблица 5
|
Точка КЗ |
Rк, мОм |
Xк, мОм |
Zк мОм |
Rк/Xк |
Ку |
q |
, кА |
iу, кА |
, кА |
, кА |
Zп, мОм |
, кА |
|
К1 |
103 |
50,3 |
114,6 |
>1 |
1 |
1 |
2,01 |
2,01 |
2,01 |
1,75 |
15 |
2,9 |
|
К2 |
50,1 |
3,9 |
50 |
>1 |
1 |
1 |
4,6 |
4,6 |
4,6 |
4,02 |
91,2 |
1,4 |
|
К3 |
14 |
0,8 |
14,1 |
>1 |
1 |
1 |
16 |
16 |
16 |
13,92 |
371 |
0,5 |
12) Определяем 1-фазные токи КЗ
3. РАСЧЕТ ОБЪЕМА И НОРМИРОВАНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ РАБОТ ПО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЮ
Расчет заземляющих устройств
Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой- либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений заземления, прикосновения и шагового напряжения.
Заземляющее устройство состоит из заземления и заземляющих проводников. В качестве заземлений используются естественные заземлители: водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений. Если естественных недостаточно, применяют искусственные заземлители: заглубление в землю вертикальных электродов из труб, уголков или прутков стали и горизонтально проложенных в земле на глубину не менее 0,5 полосы.
В электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.
Расчет заземлителей производится по формулам.
1) Определяем расчетное сопротивление одного электрода
где ρ – удельное сопротивление грунта (для чернозема 50 Ом·м), Ксез – коэффициент сезонности.
2) Предельное сопротивление совмещенного ЗУ. На низкое напряжение
, принимаем RЗУ = 4 Ом.
3) Определяем количество вертикальных электродов
Принимаем N/в.р = 5.
С учетом экранирования
где η – коэффициент использования вертикальных электродов
4) Определяем длину полосы заземляющего устройства
Lп=2∙5=10 м
5) Определяем уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов
где b – ширина полосы, для круглого горизонтального заземлителя b = 40, t – глубина заложения
5) Определяем фактическое сопротивление заземляющего устройства
Фактическое сопротивление заземляющего устройства (2,7 Ом) меньше допустимого сопротивления, значит заземляющее устройство будет эффективным.
3.1 Организационные и технические мероприятия безопасного проведения работ с электроустановками до 1 КВ
Обеспечение безопасных условий труда в нашей стране является общегосударственной задачей.
В условиях роста электровооруженности и расширения областей использования электрической энергии особое значение в общей системе мероприятий по охране труда приобретают проблемы обеспечения электробезопасности.
В решении этих проблем принимают активное участие органы Энергонадзора, профсоюзные хозяйственные организации НИИ и КБ различных министерств и ведомств.
Работы по обеспечению электробезопасности выполняют с учетом накопленного в мире опыта по совершенствованию способов и средств защиты, разработке руководящих, нормативных и инструктивных документов, усилению деятельности энергослужб предприятий и организаций.
Созданы предпосылки для решения вопросов электробезопасности во взаимосвязи с элементами системы. Введены в действие такие важные для электробезопасности документы, как Система стандартов безопасности труда (ССБТ), методические указания по расследованию производственного травматизма.
При организации новых и техническом перевооружении старых и электроремонтных цехов следует действующими нормами, инструкциями, государственными стандартами и правилами по охране труда, техники безопасности и взрывобезопасности.
К основным мероприятиям по охране труда и технике безопасности относятся:
1. установка защитных ограждений у движущихся элементов, станков и приспособлений;
2. заземление всего оборудования и металлических перегородок испытательных станций и других участков;
3. применение пониженного напряжения для местного освещения рабочих мест;
4. укрытие, герметизация и теплоизоляция оборудования, выделяющая ароматические вещества и теплоту, а также устройство местных отсосов для их удаления;
5. применение общеобменной вентиляции и местных отсосов и оборудования, выделяющего вредные вещества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной пояснительной записке произведен расчет электроснабжение участка механосборочного цеха, целью которого является выбор наиболее оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов, позволяющих обеспечить необходимую надежность электропитания и бесперебойной работы цеха.
В ходе выполнения курсового проекта мы произвели расчет электрических нагрузок. Выбрали количество и мощность трансформаторов с учетом оптимального коэффициента их загрузки и категории питающихся электроприемников. Выбрали наиболее надежный вариант сечения проводов и кабелей питающих и распределительных линий. Произвели расчет токов короткого замыкания. Определили мощность компенсирующих устройств. Произвели расчет оптимального количества и сопротивление заземляющих устройств.
На основе произведенных расчетов можно сделать вывод, что выбран наиболее оптимальный и рациональный вариант электроснабжения участка механосборочного цеха.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила устройства электроустановок. - М.:Госэнергонадзор, 2000.
2. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2 т. - Т.II/ Под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. - М.: Энергия, 1974.
3. Справочник энергетика промышленных предприятий. В 4 т. - / Под общ. ред. А.А.Федорова, Г.В.Сербиновского и Я.М.Большама. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963
4. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. Учеб. пособие для СУЗов. - М.: Мастерство, 2002
5. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1987
6. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные марериалы для курсового и дипломного проектирования. Для студентов ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989
7. Электротехнический справочник. В 3 т. - Т.III, Кн. 2/ Под общ. ред. В.Г.Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1982
8. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии
9. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей. Учебное пособие для ВУЗов/Под ред. В.М.Блок. - М.: Высшая школа, 1981
10. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. Н. Е. Мукасеева. – М.: Энергоатомиздат, 1978.
11. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для СУЗов. - М.: Высшая школа, 1990
12. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - М.:Высшая школа, 1976
13. Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебное пособие для СУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989
