Проектирование электроснабжения трансформаторной подстанции ремонтно-механического цеха металлургического предприятии

 

В целях снижения стоимости распределительного устройства 10 кВ подстанции вместо силовых выключателей небольшой и средней мощности можно применять выключатели нагрузки, способные отключать рабочие токи линий, трансформаторов и других электроприемников. Для отключения токов короткого замыкания, превышающих допустимые значения для выключателей нагрузки, последние комплектуются кварцевыми предохранителями ПК. Номинальные токи плавких вставок предохранителей ПК следует выбирать так, чтобы не возникало ложное срабатывание предохранителя вследствие толчков тока при включении трансформатора на небольшую нагрузку. По ПУЭ для выполнения этого условия ток плавкой вставки выбирается в 1,4 – 2,5 раза больше номинального тока защищаемого электроприемника [9].

По ПУЭ условия выбора предохранителей напряжением выше 1 кВ:[6]

1. по номинальному напряжению;
2. по максимальному расчетному току защищаемой цепи;
3. по периодической составляющей тока короткого замыкания.

При эксплуатации электрических сетей длительные перегрузки проводов, кабелей, шин, а также возможные короткие замыкания, вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой. Это приводит к преждевременному износу их изоляции, последствием чего может быть пожар, взрыв, поражение персонала. Для предотвращения этого линия электроснабжения имеет аппараты защиты, отключающие поврежденный участок: автоматические выключатели, предохранители, тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и коротких замыканиях в защищаемой линии. Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные и полупроводниковые. Тепловые расцепители (ТР) срабатывают при перегрузках, электромагнитные (ЭМР) – при коротких замыканиях, полупроводниковые (ППР) – как при перегрузках, так и при коротких замыканиях.

Наиболее современными автоматические выключатели ВА предназначены для замены устаревших серии А 37, АЕ, АВМ и «Электрон». Автоматы серии ВА имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного напряжения до 690 В. Автоматически выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току и коммутационной способности.

Вывод. В первой части курсового проекта приведены основные теоретические положения, лежащие в основе методики выбора основного оборудования цеховых подстанций, а именно: рассмотрены требования нормативных документов по выбору электрооборудования мостового крана, силовых трансформаторов, питающих линий и коммутационной аппаратуры напряжением до и выше 1000 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Практическая  часть

 

2.1 Исходные данные проектирования  электродвигателей моста крана

 

Мостовой кран грузоподъемностью 380 тонн на переменном токе находится в производственном цехе, он осуществляет работу по переносу и установке частей оборудования агрегата и вспомогательного оборудования при капитальном и текущем ремонте. Основные технические данные моста крана приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Технические данные моста крана

Обозначение величины	Наименование величины	Значение
U	Переменное напряжение	380 В
Gном	Номинальная грузоподъемность крана	80 тонн
G0	Масса грузозахватывающего устройства	0,80тонн
	Скорость подъема (опускания) груза	0,17 м/с
Д	Диаметр подъемной лебедки	1 м
Н	Высота подъема груза	12 м
	Передаточное число редуктора	74
	Передаточное число полиспаса	4
GМ	Вес моста	237 тонн
ПВР	Продолжительность включения двигателей моста (рабочая)	15%
ПВК	Продолжительность включения двигателей крана (каталожная)	40%
	КПД механизма при номинальной грузоподъемности	90%
КЗ	Коэффициент запаса крана при пуске и торможении	1,1
	Вид передачи редуктора	зубчатая

 

В практической части дипломного проекта проведем расчет и выбор асинхронных двигателей для привода подъема груза (главного подъема) и для привода передвижения самого моста [9].

 

 

 

2.2 Расчет и  выбор двигателей для привода  подъема груза

 

1. Определяем КПД подъемного механизма (двигателя) крана без груза, а так же при опускании механизма крана без груза по графику зависимости

= f(                     [9]

В нашем случае: = 0,1

при = 0,9 и

В нашем случае: = = 0,65…0,7 для червячной передачи.

2. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при подъеме без груза

                                         (2.1)

где - КПД подъемного механизма без груза, отн.ед;

– масса грузозахватывающего устройства, кг;

- ускорение свободного  падения, м/с2;

- скорость подъема (опускания) груза, м/с

Pспо= 0,80 9,81 0,17 10-3 = 19 кВт

3. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при опускании без груза

                                      (2.2)

 кВт

4. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при опускании груза

                          (2.3)

 кВт

5. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при подъеме груза

                                (2.4)

(80+0,80) 9,81 0,17 10-3 = 192,5 кВт

6. Определяем статическую эквивалентную мощность на валу электродвигателя за рабочий цикл

                           (2.5)

=0.5 = 104 кВт

7. Определяем расчетную мощность электродвигателя механизма подъема мостового крана

,                                                 (2.6)

кВт

8. Определяем расчетную синхронную скорость электродвигателей крана

,                                                    (2.7)

= 961,5 об/мин

9. Принимаем ближайшую синхронную скорость двигателя 960 об/мин
10. По справочной таблице выбираем ближайший асинхронный двигатель с фазным ротором типа МТН 613 - 6.
11. Справочные данные механизма (двигателя) для подъема (опускания) груза приводим в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Каталожные данные механизма подъема груза

 

UНОМ	РНОМ
В	кВт	%	А	А		об/мин	Нм	кгм2
380	118	90	237	160	0,84	960	4660	0,313

 

 

 

12. Условие проверки двигателя: уточняем соотношение

=

295,5 ~ 296

Условие выполняется

13. Определяем номинальный статический момент на валу двигателя

                                                      (2.8)

Мном=9550= 1173,9 Hм.

14. Определяем эквивалентный статический момент на валу двигателя

                                                       (2.9)

Мсэ== = 1033,8 H м.

15. Проверяем выбранный двигатель по нагреву

Условие проверки:                                               (2.10)

1173,9Н∙м>1033,8 Н∙м

Условие выполняется

16. Проверяем выбранный двигатель по допустимой перегрузки

Условие проверки:                                           (2.11)

3728 Нм1240,6 НĦм

Условие выполняется

17. Проверяем выбранный двигатель по надежности пуска и разгона

Первое условие проверки:

                       (2.12)

 

 

Условие выполняется

Второе условие проверки:

                                                          (2.13)

 

Условие выполняется

Вывод. Для привода механизма подъема мостового крана грузоподъемностью 80 тонн переменного тока выбран асинхронный двигатель с фазным ротором марки МТН 613-6, с номинальной мощностью 118 кВт и частотой вращения 960 об/мин, который проходит по условиям нагрева, по перегрузке и по надежности при пуске и разгоне.

 

2.3 Исходные данные для  проектирования цеховой подстанции

 

Основные данные, необходимые для проектирования цеховой трансформаторной подстанции цеха систематизированы и приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 - Справочные и исходные данные

Наименование	Величина
Расстояние от энергосистемы до ГПП	L1 = 15 км
Расстояние от ГПП до ТП	L2 = 0,6 км
Ток короткого замыкания на шинах ГПП	= 10 кА
Время срабатывания релейной защиты	tЗАЩ. = 1,1 сек
Время срабатывания высоковольтного выключателя	tВЫКЛ = 0,1 сек
Выдержка времени срабатывания защит	= 0,05 сек
Напряжение на высшей и низшей стороне трансформаторной подстанции	U1H=10 кВ; U2H=0,4 кВ
Категория надежности электроснабжения потребителей цеха	2 и 3
Коэффициент спроса осветительной нагрузки	КС = 0,85
Количество рабочих смен в цехе-2	TМАКС = 3000 ч
Способ прокладки кабеля  от ГПП до КТП	Прокладка в земле
Площадь цеха	S = 1344 м2
Температура окружающей среды при прокладке кабеля	tO= +150C
Температура прокладки шин на 0,4 кВ в цехе	tO= +250C
Температура нагрева кабеля 10 кВ в нормальном режиме	tН= +600C
Допустимая температура нагрева кабеля при коротком замыкании	tК= +2000C
Индуктивное сопротивление кабеля 10 кВ на один км длины	ХО = 0,08 Ом/км
Допустимое механическое напряжение алюминиевых шин
Допустимая потеря напряжения в силовой цепи
Коэффициент теплового эквивалента при коротком замыкании для кабелей и шин из алюминия	С =95 А сек1/2/мм2

 

 

 

 

  Таблица 2.4 - Номинальные данные электроприемников цеха

Номер ЭП на плане	Наименование электрооборудования цеха	РН, кВт
1-2	Кран мостовой (ПВ=40%)	118
3-5	Сварочные аппараты	77
6-8	Токарные автоматы	18,5
9-11	Зубофрезерные станки	18,5
12-14	Круглошлифовальные станки	55
15-17	Заточные станки	11
18-19	Сверлильные станки	7,5
20-25	Токарные станки	11
26-27	Плоскошлифовальные  станки	22
28-30	Строгальные станки	5,5
31-34	Фрезерные станки	18,5
35-37	Расточные станки	15
38-39	Вентиляторы	22
	Осветительная установка (лампы накаливания)при площади цеха S=1344 м2и удельной мощности рУД =9 Вт/м2

 

 

2.4 Расчет электрических нагрузок ремонтно-механического цеха

 

Для расчета электрических нагрузок составляем таблицу данных по каждому виду электроприемников, установленных в ремонтно-механическом цехе с учетом исходных данных, выданных к проекту (таблица 2.5). Расчет электрических нагрузок (основного силового электрооборудования) цеха производим методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм), осветительной нагрузки – методом коэффициента спроса.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4 - Исходные и справочные данные для расчета электрических нагрузок цеха

Номер на плане	Наименование электроприемников	Нагрузка установленная
		РН1	n	КИ	cos	tg
		кВт
1-2	Кран мостовой (ПВ=40%)	118	2	0,1	0,5	1,73
3-5	Сварочные автоматы	77	3	0,5	0,7	1,02
6-8	Токарные автоматы	22	3	0,17	0,65	1,16
9-11	Зубофрезерные станки	18,5	3	0,17	0,65	1,16
12-14	Круглошлифовальные станки	55	3	0,17	0,65	1,16
15-17	Заточные станки	11	3	0,17	0,65	1,16
18-19	Сверлильные станки	7,5	2	0,12	0,4	2,29
20-25	Токарные станки	11	6	0,16	0,6	1,3
26-27	Плоскошлифовальные станки	22	2	0,17	0,65	1,16
28-30	Строгальные станки	5,5	3	0,12	0,4	2,29
31-34	Фрезерные станки	18,5	4	0,16	0,6	1,3
35-37	Расточные станки	15	3	0,16	0,6	1,3
38-39	Вентиляторы	22	2	0,7	0,8	0,75
Осветительная установка(лампы накаливания) при  площади цехаS=1344 м2и удельной мощности рУД =9 Вт/м2					1