2.5 Определение центра электрических нагрузок

Оптимальное размещение подстанции на территории цеха является одним из важных вопросов построения системы электроснабжения.

Для определения местоположения подстанции находится центр электрических нагрузок (ЦЭН) цеха, который является символическим центром потребления электрической нагрузки. Расположение подстанции в ЦЭН позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и обеспечить минимальную протяженность внутрицеховых электрических сетей, минимальный расход проводникового материала и потери электрической энергии.

Территория цеха принимается за плоскость, на которой расположены электроприемники, каждый из которых имеет свою среднюю активную мощность Р_с и свои координаты на плане х, y.

Координата х₀, мм, ЦЭН цеха определяется по формуле:

(20)

где x-координата электроприемников на плане цеха, мм;

Р_с- средняя активная мощность, кВт.

Координата у₀, мм, ЦЭН цеха определяется по формуле:

(21)

где y-координаты электроприемников на плане цеха, мм;

Р_с- средняя активная мощность, кВт.

Результаты расчетов представлены в таблице4.

Таблица 4-Определение центра электрических нагрузок

№ ЭП	xi,мм	yi,мм	Рс,кВт	Рс·xi,кВт мм	Рс·yi,кВт мм
1	25	302	4,8	120	1449,6
2	80	302	4,8	384	1449,6
3	115	300	5,68	653,2	1704
4	161	291	6,4	1030,4	1862,4
5	217	292	6,4	1388,8	1868,8
6	139	247	5,68	789,5	1403
7	100	227	1,2	120	272,4
8	48	220	1,2	57,6	264
9	253	260	5,68	1437	1476,8
10	281	301	6,8	1910,8	2046,8
11	331	301	6,8	2250,8	2046,8
13	373	256	6,8	2536,4	1740,8
14	384	302	6,8	2611,2	2059,6
15	441	303	6,8	2998,8	2060,4
16	440	256	6,8	2992	1740,8
17	395	215	1,44	568,8	309,6
18	422	215	1,44	607,7	309,6
19	361	151	4,08	1472,9	616,1

Продолжение таблицы 4

№ ЭП	xi,мм	yi,мм	Рс,кВт	Рс·xi,кВт мм	Рс·yi,кВт мм
20	269	151	4,08	1097,5	616,1
21	461	111	4,08	1880,9	452,9
22	459	85	4,08	1872,7	346,8
23	438	62	4,08	1787	253
24	417	87	4,08	1701,4	355
25	390	64	4,08	1591,2	261,1
26	341	62	4,08	1391,3	253
27	462	26	2,48	1145,8	64,5
28	427	26	2,48	1059	64,5
29	388	26	2,48	962,2	64,5
30	311	20	1,6	497,6	32
31	271	51	1,6	433,6	81,6
32	271	95	1,6	433,6	152
33	211	23	4,4	928,4	101,2
34	149	21	4,4	655,6	92,4
35	205	107	4,4	902	470,8
36	153	107	4,4	673,2	470,8
37	87	15	3,6	313,2	54
38	38	15	3,6	136,8	54
39	81	60	2	162	120
40	98	92	2	196	184
41	99	115	2	198	230
42	100	141	2	200	282
43	9	13	2,24	20,2	29,1
44	17	68	2,24	38,1	152,3
45	54	96	2	108	192
46	18	122	2,24	40,3	273,3
48	250	232	4,4	1100	1020,8
49	270	232	4,4	1188	1020,8
50	288	232	4,4	1267,2	1020,8
51	307	232	4,4	1350,8	1020,8
52	331	125	1,6	529,6	200
Итого			191,12	49791,1	34661,2

По результатам расчета получается, что ЦЭН расположен в точке с координатами (261; 181), в масштабе (19575; 13575)

2.6. Определение местоположения цеховой трансформаторной подстанции

При определении местоположения цеховой КТП учитываются следующиефакторы:

1. координаты центра электрических нагрузок;

2. технологический процесс цеха;

3. координаты источника питания (ГПП);

4. характер окружающей среды цеха.

Размеры выбранной КТП не позволяют поместить ее внутри цеха.

Для цеха редукторов станкостроительного завода выбирается пристроенная цеховая КТП, непосредственно примыкающая к зданию снаружи и установленная вдоль оси А между осями 4 и 5.

2.7 Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

Провода и кабели, выбранные по номинальному и максимальному току, в нормальном режиме могут испытывать нагрузки значительно превышающие допустимые из-за перегрузок электроприемников, а также при однофазных и междуфазных коротких замыканий, поэтому электроприемники и участки сети должны защищаться защитным аппаратом - плавким предохранителем.

Главные функции аппаратуры управления и защиты:

1. включение и отключение электроприемников и электрических цепей;

2. электрическая защита их от перегрузки, коротких замыканий, понижения напряжения или самозапуска;

3. регулирование числа оборотов электродвигателей;

4. реверсирование двигателей;

5. электрическое торможение.

Номинальный ток двигателей электроприемникаI_ном, А, определяется по формуле:

(22)

где Р_ном- номинальная активная мощность электроприемника, кВт;

U_ном- номинальное линейное напряжение сети, кВ;

η_ном- номинальный коэффициент полезного действия;

cosφ_ном- номинальный коэффициент мощности.

Результаты расчета заносятся в графу 4 таблицы 5.

Расчетный ток , А, определяется по формуле:

, (23)

где I_ном- номинальный ток, А.

= 56,6 А,

Пусковой ток двигателей электроприемника , А, определяется по формуле:

= 5 I_ном, (24)

где I_ном - номинальный ток двигателей электроприемника.

= 5 56,6 = 282,5А.

Результаты расчета заносятся в графу 5 таблицы 5.

Для защиты электроприемника, подключенного к распределительномушинопроводу, необходимо выбрать аппарат защиты ПН-2, установленный в распределительном шинопроводе. Их основная функция: защита электрических сетей от токов короткого замыкания.

Номинальное напряжение предохранителя _., выбирается по условию:

(25)

где U_ном.ЭП.- номинальное напряжение электроприемника, кВ.

0,38 кВ≥ 0,38 кВ.

Ток плавкой вставки предохранителя I_п.в., А, определяется из условий:

1. по длительному максимальному току линии

(26)

где - максимальный расчетный ток, А.

40 А≥37,8 А.

2. по пусковому току

(27)

где - пусковой ток двигателей электроприемника, А.

≥75,6А.

По таблице 64 [5.8] выбирается стандартное значение тока плавкой вставки предохранителя:

I_п.в.= 80 А.

По таблице 64 [5.8] в соответствии со значением тока плавкой вставки предохранителя выбирается номинальный ток патрона предохранителя _., А, по условию:

(28)

где - ток плавкой вставки предохранителя, А.

100 А≥80 А.

Согласно выполненным расчетам выбирается предохранитель типа

ПН-2 на номинальное напряжение = 0,38 кВ, ток патрона предохранителя = 100 А, ток плавкой вставки предохранителя I_п.в. = 80 А.

Результаты выбора предохранителя представлены в графах 4,5 и 7 таблицы 5.

Далее расчет узлов питания выполняется аналогично.

Для защиты электроприемника, подключенного к распеределительному шкафу, необходимо выбрать автоматический выключатель ВА51-31 установленный в распределительном шкафу. Их основная функция: защита электрических сетей от токов короткого замыкания.

Автоматические выключатели выбираются по следующим условиям:

а) по номинальному напряжению

U_ном ≥U_{ном.уст}; (29)

0,38 ≥ 0,38;

б) по номинальному току тепловогорасцепителя

≥ ģ ; (30)

где к_т.р-коэффициент теплового расцепителя, о.е.

≥1,35 ģ18 = 24,3 А

По таблице 65 [5.8] выбираем ближайшее большее значение тока теплового расцепителя, А,

=25 А

в) по номинальному току электромагнитногорасцепителя

≥1,2ģ (31)

≥ 1,2ģ90 = 108 А

=к_отсģ (32)

где к_отс-коэффициент отсечки электромагнитногорасцепителя, о.е.

=7ģ25=175 А

г) по номинальному току автоматического выключателя

≥ (33)

где -расчетный ток линии, А.

100≥18 А

Расчетный ток определяется в зависимости от числа электроприемников, получающих питание по линии.

= (34)

92,85 = 92,85 А

Согласно выполненным расчетам выбирается автоматическийвыклю-

чатель типа на номинальное напряжение = 0,38 кВ, номинальный ток автоматического выключателя = 100 А, ток теплового расцепителя автоматического выключателя =25 А, ток уставки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя =175 А.

Результаты выбора предохранителя представлены в графах 3,4,5 и 7 таблицы 5.1.

Далее выбор остальной защитной и коммутационной аппаратуры производится аналогично. Результаты в таблице 5.1.

2.8 Выбор марок и сечений проводников на всех участках силовой сети

Номинальный ток двигателей электроприемникаI_ном, А, определяется по формуле 22.

Расчетный ток электроприемника , А, определяется по формуле 23.

Проводник проложен в помещении с характеристикой: сухое помещение без наличия опасности механического повреждения.

По таблице 28 [5.8] с учетом характеристики окружающей среды выбрана марка кабеля: АВВГ.

По таблице 31 [5.8] с учетом характеристики окружающей среды выбирается способ прокладки кабеля: защищенные многожильные провода в неметаллической оболочке в стальных трубах и глухих стальных коробах.

Электродвигатель с номинальным напряжением U_ном = 0,38 кВ подключен к сети с глухозаземленнойнейтралью, поэтому кабель должен иметь 5 жил.

По таблице 24 [5.8] определяется длительная допустимая температура нагрева жил кабеля t_жил = 55℃.

По таблице 24 [5.8] в зависимости от способа прокладки кабеля определяется расчетная температура окружающего воздуха = 25℃.

Фактическая температура окружающего воздуха согласно индивидуальному заданию = 25℃.

Поправочный температурный коэффициент при отклонении фактической температуры окружающего воздуха от расчетной k_т = 1,00, определенный по таблице 47 [5.8] с учетом температур t_жил, и .

Допустимый длительный ток кабеля , А, определяется по таблице 38 [5.8] для температуры жил t_жил = 55℃ и температуры окружающего воздуха = 25℃ из условия:

, (35)

56,6 А≤60 А.

Значение допустимого длительного тока заносится в графу 8 строки таблицы 5.

Допустимый длительный ток , А, для фактической температуры окружающего воздуха определяется по формуле:

, (36)

где - допустимый длительный ток кабеля;

- поправочный температурный коэффициент.

Результат расчета заносится в графу 9 строки таблицы 5.

Для фактической температуры окружающего воздуха проверяется выполнение условия:

. (37)

56,6 А≤60 А.

Сечение выбранного кабеля проверяется на соответствие выбранному аппарату защиты по условию:

, (38)

где - коэффициент защиты, характеризующий кратность допустимого длительного тока кабеля , по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата (принимается = 1).

≥ 1 ģ120,

60 А≥120 А

Маркировка выбранного кабеля: АВВГ 5х70.

Далее выбор кабелей производится аналогично. Результаты расчетов приведены в таблице 5.

Расчет длин кабелей и труб распределительной сети производится согласно рисунка 2 и исходя из высоты установки электроприемника, высоты установки шинопровода, глубины прокладки кабеля в полу, длины по плану.

Расчет длины кабеля и трубы рассмотрим на примере фрезерного станка.

Рисунок 2 - Схематичное расположение трубы

Длина трубы , мм, определяется по формуле:

, (39)

где 3100- длина вертикальных участков, мм;

- длина по плану, мм.

.

Длина кабеля L_кл, мм, определяется по формуле:

, (40)

где 1,1 - коэффициент запаса.

= 5198 мм

Расчет длин кабелей и труб распределительной сети производится согласно рисунка 3 и исходя из высоты установки электроприемника, высоты установки распределительного шкафа, глубины прокладки кабеля в полу, длины по плану.

Расчет длины кабеля и трубы рассмотрим на примере фрезерного станка.

Рисунок 3 - Схематичное расположение трубы

Длина трубы , мм, определяется по формуле:

, (41)

где 1300- длина вертикальных участков, мм;

- длина по плану, мм;

.

Длина кабеля L_кл, мм, определяется по формуле:

, (42)

где 1,1 - коэффициент запаса.

= 16592 мм.

Далее расчет длин кабелей и труб в распределительной и питающей сетях выполняется аналогично. Результаты расчетов приведены в таблице 6.

Таблица 6 -Результат выбора длины кабелей и труб.

Узел питания	Номер электропиемника по плану	Длина кабеля по плану, Lпл, мм	Высота установки			Длина кабеля Lк, мм		Длина трубы Lтр, мм		Характеристика трубы (материал, диаметр, толщина стенки)
			узла питания, мм	электроприемник, мм
1	2	3	4	5	6		7		8
МР-1	1	1625	2600	400	5198		4725		Т70 3,2
МР-1	2	1775	2600	400	5363		4875		Т70 3,2
МР-1	3	975	2600	400	4483		4075		Т70 3,2
МР-1	4	2450	2600	400	6105		5550		Т70 3,2
МР-1	5	2375	2600	400	6023		5475		Т70 3,2
МР-1	6	5514	2600	400	9476		8614		Т70 3,2
МР-1	7	6450	2600	400	10505		9550		Т70 3,0
МР-1	8	7775	2600	400	11963		10875		Т40 3,0
МР-1	9	3975	2600	400	7783		7075		Т70 3,2
МР-1	10	900	2600	400	4400		4000		Т70 3,2
МР-1	11	900	2600	400	4400		4000		Т70 3,2
МР-1	13	6075	2600	400	10093		9175		Т70 3,2
МР-1	14	825	2600	400	4318		3925		Т70 3,2
МР-1	15	750	2600	400	4235		3850		Т70 3,2
МР-1	16	6075	2600	400	10093		9175		Т70 3,2
РП-1	17	1586	600	400	3725		2886		Т32 2,8
РП-1	18	1801	600	400	3962		3101		Т32 2,8

Продолжение таблицы 6

Узел питания	Номер электроприемника по плану	Длина кабеля по плану, Lпл, мм	Высота установки			Длина кабеля Lк, мм		Длина трубы Lтр, мм		Характеристика трубы (материал, диаметр, толщина стенки)
			узла питания, мм	электроприемника, мм
1	2	3	4	5	6		7		8
РП-2	43	2926	600	400	5199		4226				Т40 3,0
РП-2	44	1564	600	400	3701		2864				Т40 3,0
РП-2	45	5011	600	400	7492		6311				Т40 3,0
РП-2	46	6056	600	400	8642		7356				Т40 3,0
РП-3	37	3438	600	400	5762		4738				Т50 3,0
РП-3	38	8925	600	400	11798		10225				Т50 3,0
РП-3	39	3741	600	400	6095		5041				Т40 3,0
РП-3	40	4132	600	400	6525		5432				Т40 3,0
РП-3	41	6024	600	400	8607		7324				Т40 3,0
РП-3	42	8078	600	400	10866		9378				Т40 3,0
РП-4	33	3467	600	400	5794		4767				Т50 3,0
РП-4	34	2194	600	400	4394		3494				Т50 3,0
РП-4	35	8364	600	400	11181		9664		Т50 3,0
РП-4	36	8056	600	400	10842		9356		Т50 3,0
РП-5	19	13283	600	400	16592		14583		Т50 3,0
РП-5	20	8987	600	400	11866		10287		Т50 3,0
РП-5	26	7373	600	400	10091		8673		Т50 3,2
РП-5	30	4901	600	400	7371		6201		Т40 3,0
РП-5	31	2241	600	400	4445		3541		Т40 3,0
РП-5	32	4971	600	400	7448		6271		Т40 3,0
РП-5	52	8970	600	400	11847		10270		Т40 3,0
РП-6	21	8860	600	400	11726		10160		Т50 3,0
РП-6	22	6553	600	400	9189		7835		Т50 3,0
РП-6	23	4581	600	400	7020		5881		Т50 3,0

Продолжение таблицы 6

Узел питания	Номер электроприемника по плану	Длина кабеля по плану, Lпл, мм	Высота установки			Длина кабеля Lк, мм		Длина трубы Lтр, мм		Характеристика трубы (материал, диаметр, толщина стенки)
			узла питания, мм	электроприемника, мм
1	2	3	4	5	6		7		8
РП-6	24	7096	600	400	9786		8396				Т50 3,0
РП-6	25	5805	600	400	8366		7105				Т50 3,2
РП-6	27	2761	600	400	5017		4061				Т40 3,0
РП-6	28	1968	600	400	4145		3268				Т40 3,0
РП-6	29	3991	600	400	6370		5291				Т40 3,0