| ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО |
| ПІДПРИЄМСТВА |
| (АВТОМАТИЗАЦІЯ ОБЛІКУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ) |
Зміст
Введення
1 Реконструкція електропостачання залізничного
1.1 Розрахунок електричних навантажень підприємства
Загальна характеристика локомотивного депо
Розрахунок освітлювальної навантаження
Розрахунок електричних навантажень локомотивного депо
Розраховані середні навантаження заносяться до граф 6 і 7 таблиці 1.2.
Розрахунок однофазних навантажень
1.2 Розрахунок мережі електропостачання локомотивного депо
1.3 Розрахунок струмів аварійних режимів
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Найважливішим завданням всіх служб залізничного транспорту є:- Підвищення рівня електрифікації, механізації і автоматизації технологічних процесів;
- Істотний підйом продуктивності і енергоозброєності праці;
- Забезпечення більш економного використання електричної енергії шляхом впровадження нової техніки і вдосконалення обладнання;
- Удосконалення та автоматизація обліку та контролю за використанням енергоресурсів [1].
Незважаючи на деякі особливості, електропостачання нетягових споживачів залізничного транспорту здійснюється за тими ж принципами, що і промислове електропостачання. При реконструкції, модернізації або новому будівництві основною проблемою промислового електропостачання є раціональний вибір:
- Джерела живлення;
- Місця розміщення знижувальних підстанцій і силових пунктів;
- Числа і потужності трансформаторів;
- Перерізу проводів і жил кабелів;
- Пристроїв захисту від аварійних режимів.
У загальному балансі електроенергії, споживаної підприємствами залізничного транспорту нетягових споживачі займають близько 30%. Найбільш великі нетягових споживачі залізничного транспорту зосереджені на сортувальних і дільничних станціях і на залізничних вузлах. Електропостачання цих споживачів виконується, як правило, з використанням схем, прийнятих для електропостачання промислових підприємств. За останнє десятиліття створено нові конструкції та види електротехнічного устаткування силових і вимірювальних трансформаторів, реакторів, осередків типу КСВ, комутаційних апаратів, пристроїв захисту від перенапруг.
Правильне проектування системи електропостачання депо, раціональне розміщення підстанцій в центрі електричних навантажень і рівномірний розподіл електричних навантажень, зменшить втрати електроенергії, підвищить рівень надійності електропостачання, призведе до зменшення приведених витрат і зниження питомих норм витрат електроенергії [1].
Загальна мета оновлення пристроїв електропостачання нетягових споживачів полягає в поєднанні якісного підвищення техніко-експлуатаційних, енергетичних, економічних показників роботи системи електропостачання з мінімізацією витрат на проведення модернізації при врахуванні реальних або планованих обсягів вантажопотоку.
У зв'язку із значним моральним і фізичним зносом основного виробничого обладнання та живлять його електричних мереж і систем на ряді підприємств проводиться комплексна реконструкція всього виробничого процесу. При цьому з'являється можливість по-новому переглянути систему електропостачання, заново оптимізувати конфігурацію мережі живлення і розподільної мережі і застосувати сучасні зразки електротехнічного обладнання.
Поряд з цим при переході на ринкові відносини в електроенергетиці виникла необхідність впровадження нових лічильників електроенергії та створення каналів зв'язку для її автоматизованого обліку.
Метою дипломного проекту є проведення розрахунків робочого режиму, а також розрахунків аварійних режимів для вибору силового електрообладнання та уставок струмових захистів при реконструкції електропостачання локомотивного депо «Отрожка» з ремонту й технічному обслуговуванню локомотивів та електропоїздів розташованого на Ліскинське відділенні Південно-Східної залізниці.
Метою спеціального питання є вдосконалення та автоматизація обліку електроенергії.
Метою економічного розділу є розрахунок реконструкції електропостачання локомотивного депо.
Метою розділу охорона праці та екологія є розробка технологічної карти з безпечного виконання робіт при заміні КТП 6 кВ, а також розрахунок викидів від здійснюваних в депо технологічних процесів.
У зв'язку з великим обсягом виконуваних розрахунків завдання на проектування розділене на дві технологічні частини, тому розрахунок навантажень в даному дипломному проекті виконано спільно зі студентом Свірідовим Павлом Михайловичем. Розрахунок навантажень, в частині, що відповідає завданням на проектування, виконано самостійно, а для вибору підстанції, джерел живлення і схеми розподільчої мережі враховано все електрообладнання, встановлене в депо (все навантаження депо).
1 Реконструкція електропостачання залізничного
підприємства1.1 Розрахунок електричних навантажень підприємства
Загальна характеристика локомотивного депо
Локомотивне депо «Отрожка» Ліскинське відділення Південно - Східної залізниці займається технічним обслуговуванням і ремонтом дизель-поїздів та електропоїздів і по надійності електропостачання відноситься до споживачів третьої категорії. Наведемо загальну характеристику локомотивного депо.Рік пуску в експлуатацію - 1870 р., розрядність депо - позакласне.
Площа території - 58600 м 2, в тому числі забудована - 41170 м 2.
Загальна корисна довжина шляхів - 4260 м, з них 2924 м-на відкритій території та 1336 м-в будівлях депо.
Електрифіковано - 1274 м колії.
Загальна корисна площа цехів - 16142,6 м 2, в тому числі:
- Стойловой частини - 6728,4 м 2
- Майстерень і підсобних цехів - 5549,4 м 2
- Службово-побутових приміщень - 3864,8 м 2
У депо є:
- Цех для капітального ремонту КР - 1 і поточного ремонту ТР - 3 електропоїздів з прилеглими допоміжними цехами та відділеннями;
- Цех поточного ремонту ТР-2, ТР-1 і ТО-3 дизель - поїздів;
- Пункт технічного обслуговування електропоїздів відкритого типу без оглядової канави на одне стійло (п'ять секцій);
- Пункт технічного обслуговування дизель - поїздів відкритого типу, поєднаний з екіпіровкою на одне стійло (чотири секції);
- Пункт обмивки електропоїздів та дизель - поїздів відкритого типу.
Є також екіпірувальні та інші пристрої, в тому числі:
- База запасу палива;
- Склад сирого піску на 1000 м 3 з пескосушілкой;
- Пункт екіпіровки тепловозів типу ЧМЕ-3 і колійної техніки.
Електропоїзди працюють на полігонах Мічурінськ - Воронеж - Россош протяжністю 440 км, Валуйки - Воронеж протяжністю 260 км, Воронеж - Поворино протяжністю 320 км.
У депо вирішуються питання реконструкції та розширення виробництва, впровадження нових технологічних процесів. Своїми силами в депо побудовані цехи: нестандартного обладнання, станція випробування дизелів, кузовний цех, приміщення машиною хімчистки «Орбіта».
Впровадження системи діагностики підшипників кочення, зубчастих передач, тягових двигунів моторних вагонів електропоїздів з застосуванням вібродіагностичного комплексу «Вектор - 2000» дозволяє своєчасно оцінювати технічний стан цих вузлів і знизити кількість випадків несправності мотор-вагонного рухомого складу (МВПС) в експлуатації.
Відновлюються зношені і виготовляються нові вузли і деталі МВПС. Всього відновлюється 21 найменувань вузлів і деталей, виготовляється 65 найменувань виробів з капрону і гуми, щомісячно відновлюється від 150 до 200 банок акумуляторних батарей ПК - 55.
Режим роботи основних цехів депо - однозмінний. Для окремих ділянок, зайнятих підготовкою локомотивів в рейс застосовується тризмінний графік роботи.
План депо з розташуванням технологічного обладнання представлений у вихідних даних. Основне виробниче приміщення депо складається з 15 відділень і ділянок, розташованих у загальному корпусі в окремих приміщеннях. Біля складу агрегатів є відкрита майданчик для зберігання громіздких деталей і візків рухомого складу обладнана рейковими шляхами. Адміністративні та побутові приміщення розташовані в окремому будинку на другому поверсі над пантографним відділенням.
Електроживлення цехів і окремих електроустановок здійснюється низьковольтними кабельними лініями з напругою 380/220 В. В основному термін експлуатації кабельних ліній (КЛ) депо становить більше 15 ... 20 років, в результаті чого спостерігається їх частий вихід з роботи. Система електропостачання локомотивного депо склалася за попередні роки, постійно змінюючись для виконання нових виробничих завдань і в результаті усунення наслідків обривів і аварій.
Зношеність всієї мережі електропостачання та обладнання депо призвела до поступової заміни раніше прокладених кабелів підземної або внутрішньої прокладки в зовнішньому виконанні і змінам схеми, які часто не відбивалися в технічній документації. Це може створити безліч труднощів при організації робіт і забезпечення безпеки виконання робіт.
Розрахунок освітлювальної навантаження
У загальному балансі спожитої енергії значну частину складає електричне освітлення. Для економії паливно-енергетичних ресурсів необхідно домагатися збільшення природного освітлення приміщень підприємства і застосовувати нові типи світлотехнічних установок і світильників.У більшості приміщень депо застосовується загальне електричне освітлення від мережі з фазною напругою 220 В. Освітлення оглядових канав в ряді цехів з обслуговування і ремонту рухомого складу здійснюється із застосуванням напруги 12 В. Від освітленості виробничого приміщення і конкретного робочого місця залежить безпека продуктивність праці на підприємстві. Освітлювальні навантаження для окремих цехів і ділянок можуть становити значну частину в електроспоживанні [1]. Для освітлення виробничих приміщень залізничного транспорту застосовуються такі види освітлення:
- Загальне, при якому світильники розміщують у верхній зоні приміщення рівномірно (загальне рівномірне освітлення) або відносно того, що розташовується обладнання (загальна локалізоване освітлення);
- Місцеве, що доповнюється до загального, що створюється світильниками концентрує світловий потік безпосередньо на робочому місці;
- Комбіноване;
- Чергове в неробочий час;
- Евакуаційне;
- Аварійне, для продовження роботи при аварійному відключенні робочого освітлення.
Від вибору світильників залежить витрата електроенергії на освітлювальні мети. Вибір типу освітлення визначається конкретними умовами цехи і ділянки [2]. Загальне освітлення виробничих приміщень залізничного транспорту слід здійснювати світильниками з газорозрядними джерелами світла (лампи ДРЛ, ДРІ, ДНаТ) застосовувати і люмінесцентні лампи. При підвищених вимогах до перенесення кольорів слід застосовувати люмінесцентні лампи типів ЛДЦ, ЛХБ, ЛХЕ і ЛЄ. Лампи типу ДНаТ необхідно застосовувати для освітлення зорових робіт середньої і малої точності [2]. Через високу пульсації світлового потоку їх можна застосовувати тільки при наявності рівномірного розподілу по всіх трьох фазах живлячої мережі.
Лампи розжарювання слід використовувати:
- Для місцевого освітлення;
- Для освітлення приміщень з тимчасовим перебуванням людей;
- У вибухо - і пожежонебезпечних приміщеннях і в приміщеннях з важкими умовами середовища;
- Для аварійного і евакуаційного освітлення [2].
Загальне освітлення приміщень проектується, як правило, рівномірним.
Існує кілька методів розрахунку освітлення:
- Метод прямих нормативів. Застосовується для освітлення приміщень площею до 10 м 2, таких як сходи, коридори, проходи;
- Метод питомої встановленої потужності;
- Метод коефіцієнта використання;
- Точковий метод.
На всіх стадіях проектування для загального рівномірного освітлення допускається замість повного світлотехнічного розрахунку визначати потужність і число ламп за таблицями питомої потужності і за коефіцієнтом попиту. За спрощеною формою цього методу застосовуються таблиці питомої потужності [2].
Для підприємств залізничного транспорту питома потужність навантаження освітлення p УД приймається рівною:
- Цехи под'емочного ремонту, p УД. = 0,017 кВт / м 2;
- Службово-побутові приміщення, p УД. = 0,016 кВт / м 2;
- Механічна майстерня, p УД. = 0,013 кВт / м 2;
- Склад місцевих вантажів, p УД. = 0,006 кВт / м 2;
- Вантажні двори, p УД. = 0,0005 кВт / м 2;
- Вулиці, проїзди, відкриті проходи, p УД. = 0,006 кВт / пог. м.
Розрахунок освітлення в цехах та відділеннях депо виконаємо методом питомої встановленої потужності. Встановлена потужність залежить від норми освітленості, типу світильника, висоти підвісу світильника і площі приміщення. В якості джерела світла приймається лампа з напругою 220 В. В якості джерела світла в основних виробничих цехах депо вибираємо світильники з металогалогенними лампами. За нормованої загальної освітленості для виробничих цехів приймаємо нормативну освітленість 100 лк [2]. Точність робіт у цехах середня, контраст середній, фон темний. Площа приміщення, F ПЗЗ, м 2, визначається за формулою (1.1)
F ПЗЗ = А · В, (1.1)
де А і В - довжина і ширина приміщення, м. Наприклад, площа електромашинного відділення визначиться
F ПЗЗ = 22,0 · 20,0 = 440,0 м 2.
За довідником [2] визначаємо питому встановлену потужність освітлювальних приладів p УД, Вт / м 2, залежно від площі приміщення і висоти підвісу. Коефіцієнт попиту для освітлення k С можна прийняти рівним:
- 1,0, для невеликих виробничих будівель;
- 0.95, для виробничих будівель з великих прольотів;
- 0.85, для виробничих будівель з окремих приміщень;
- 0.8, для адміністративно-побутових корпусів;
- 0.6, для складських приміщень.
Визначаємо потужність, необхідну для освітлення цеху, Р осв, кВт
Р осв = k З · p УД · F ПЗЗ, (1.2)
Для електромашинного відділення:
Р осв = 0,95 · 0,013 · 480 = 5,9 кВт.
Потужність встановлених світильників можна визначити за формулою (1.2) при k С = 1,0, тоді
Р св = 0,013 · 440 = 5.7 кВт.
Локалізоване розміщення світильників загального освітлення необхідно передбачати у приміщеннях зі стаціонарним громіздким устаткуванням, з нерівномірним розміщенням і малою щільністю обладнання і за наявності зорових робіт різної точності. Для місцевого освітлення повинні застосовуватися світильники з непросвечивающими відбивачами.
Світловими покажчиками повинні бути обладнані входи і виходи з цехів, місця розташування медпунктів і засобів пожежогасіння, шляхи евакуації людей. Мостові крани слід обладнати підкранових освітленням з освітленістю не менше 50 лк [2].
Типи світильників слід вибирати з урахуванням умов навколишнього середовища, світлотехнічних вимог, будівельних вимог і техніко-економічних показників. Висвітлення адміністративних, побутових та більшості виробничих приміщень виконано люмінесцентними лампами. Внутрішнє освітлення цехів і прольотів секціонованими.
Для зовнішнього освітлення застосовуються прожекторні світильники з газорозрядними лампами розташовані по периметру фасаду будівлі і на залізобетонних виносних опорах.
Визначимо потужність, необхідну на прожекторне освітлення. Площа відкритої площадки складає F Пл = 750,0 м 2, отже
P О. Пл = 0,4 кВт.
Довжина освітлюваного фасаду будівлі депо становить 400 м, отже
P О. Ф = 2,4 кВт.
Визначимо потужність, необхідну на висвітлення інших цехів і адміністративних приміщень. Дані результати розрахунку потужності на висвітлення підприємства наведені в таблиці 1.1 та на рисунку 1.1.
У таблиці 1.1 та на рисунку 1.1 прийняті наступні позначення типів ламп: Л - люмінесцентні, ЛН - лампи розжарювання, DNT - натрієві, металогалогенні і ртутні лампи.
Для освітлення оглядових канав в цеху поточного ремонту застосовуються лампи розжарювання напругою 12 В, що живляться від понижувальних трансформаторів.
Таблиця 1.1 - Освітлення приміщень і території депо
| Найменування цехів і відділів | Площа приміщення, м 2 | Питома потужність p УД, Вт / м 2 | Коефіцієнт попиту k З | Потужність світильників P СВ, кВт. | Розрахункова потужність на освітлення P О О, кВт. | Тип ламп |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Механічне відділення | 270 | 0,013 | 0,85 | 3,4 | 3,2 | DNT |
| Ковальське відділення | 200 | 0,013 | 0,85 | 2,6 | 2,1 | DNT |
| Пральня | 170 | 0,013 | 0,85 | 2,2 | 1,9 | Л |
| Мийне відділення | 260 | 0,013 | 0,85 | 3,4 | 3,2 | ЛН |
| Роликове відділення | 200 | 0,013 | 0,85 | 2,6 | 2,1 | DNT |
| Колісно-токарне відділення | 430 | 0,013 | 0,95 | 5,6 | 5,3 | DNT |
| Склад агрегатів | 400 | 0,006 | 0,60 | 2,4 | 1,4 | Л. ЛН |
| Пантографное відділення | 420 | 0,013 | 0,85 | 5,4 | 4,6 | DNT |
| Цех підйомного ремонту | 1650 | 0,013 | 0,95 | 21,4 | 20,3 | DNT |
| Випробувальна станція | 260 | 0,013 | 0,85 | 3,3 | 2,8 | DNT |
| Електромашинні відділення | 440 | 0,013 | 0,95 | 5,7 | 5,4 | DNT |
| Просочувальні відділення | 260 | 0,013 | 0,85 | 3,4 | 3,2 | ЛН |
| Кузовне відділення | 260 | 0,013 | 0,85 | 3,4 | 3,2 | DNT |
| Столярне відділення | 130 | 0,013 | 0,85 | 1,7 | 1,5 | DNT |
| Малярське відділення | 260 | 0,013 | 0,85 | 3,4 | 3,2 | Л. ЛН |
| Відділення очищення масла | 130 | 0,013 | 0,85 | 1,7 | 1,5 | ЛН |
| Кернові ділянку | 130 | 0,013 | 0,85 | 1,7 | 1,5 | DNT |
| Адміністрація | 420 | 0,016 | 0,80 | 6,6 | 5,3 | Л. ЛН |
| Побутовки | 420 | 0,016 | 0,80 | 6,6 | 5,3 | Л. ЛН |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Прожекторне освітлення | - | - | - | 2,8 | 2,8 | DNT |
- Лампи розжарювання - 16,7 кВт (19,3%);
- Люмінесцентні лампи 10,4 кВт (12,0%);
- Лампи ДРІ та DNT - 56,7 кВт (65,5%);
- Прожекторні лампи 2,8 кВт (3,2%).
Відхилення напруги для освітлювальної мережі допускається не більше ніж на 2,5% від номінального фазної напруги. Живить освітлювальна мережа виконана лініями, окремими від силової мережі. Для виконання умов по допустимих відхилення напруги лінії, які живлять освітлення не підключені до силових пунктам (СП) годує групи електроприймачів (ЕП). Управління внутрішнім освітленням здійснюється вручну. Для управління вуличним освітленням встановлені автомати з фотоелементами.
Розрахунок електричних навантажень локомотивного депо
Розрахунок електричних навантажень депо необхідно виконати для вибору живлять силових понижувальних трансформаторів, вибору та перевірки струмоведучих елементів по пропускній здатності (нагрівання), визначення втрат і показників якості електроенергії, вибору захисної апаратури та пристроїв компенсації реактивної потужності [3].У проектованої частини локомотивного депо встановлено 110 одиниці обладнання, у тому числі 75 одиниць стаціонарного технологічного устаткування і 35 одиниць офісної і побутової техніки.
Малюнок 1.1 Структура встановленої потужності освітлювальних приладів
Розрахунок навантажень проводиться із застосуванням методу впорядкованих діаграм (метод коефіцієнта максимуму) [3]. Розрахунок силових електричних навантажень виробляється по всьому підприємству (депо) за характеристиками режиму роботи електроприймачів.
Розрізняються три основні режими роботи електричних установок: тривалий, короткочасний і повторно-короткочасний [3].
У тривалому режимі машини розраховані працювати без підвищення температури окремих частин вище допустимих меж (вентилятори, насоси). У тривалому режимі, але зі змінним навантаженням працюють різні обробні верстати, преси, молоти.
При короткочасному режимі за період включення температура окремих частин не встигає досягти неприпустимих значень, а період зупинки достатній для охолодження. У цьому режимі працюють допоміжні механізми верстатів, різні заслінки і затвори.
При повторно-короткочасному режимі тривалість циклів роботи та вимикання не перевищує 10 хв. У цьому режимі працюють крани та зварювальні трансформатори, що створюють також значні пікові струми.
Для виконання проекту електропостачання депо необхідно визначити наступні значення електричних навантажень: середні навантаження за максимально завантажену зміну, максимальні короткочасні (пікові) навантаження, максимальні навантаження різної тривалості. В даний час прийнятий півгодинної розрахунковий максимум навантаження (Р MAX = Р 30) [3].
У початковій стадії розрахунку паспортні номінальні потужності ЕП приводяться до встановленої потужності з урахуванням тривалості включення (ПВ,%) дорівнює одиниці і коефіцієнта потужності за формулою (1.3)
де р Н - встановлена номінальна потужність електроприймача, кВт;
S пасп - паспортна номінальна потужність електроприймача, кВ · А;
ПВ - тривалість включення характеризує час роботи електроустановки під навантаженням протягом години, відносних одиниць;
з os φ - коефіцієнт потужності, що визначає співвідношення активної і реактивної складових спожитої електроенергії (в деяких випадках зручніше користуватися tg j).
Встановлена потужність електроприймачів приймається рівною:
- Для електродвигунів тривалого режиму роботи, силових і електропічних трансформаторів, електроосвітлювальних і електроопалювальних приладів - паспортної потужності;
- Для електродвигунів повторно-короткочасного режиму роботи, зварювальних трансформаторів - паспортної потужності, приведеної до відносної тривалості включення.
Далі визначається сумарна середня навантаження електроприймачів, яка дає можливість оцінити нижню межу можливих значень розрахункового навантаження за максимально завантажену зміну характерних діб.
При визначенні електричних навантажень величини і коефіцієнти, які відносяться до одного електроприймачі, позначаються малими, а до групи електроприймачів - прописними літерами.
Середні активні і реактивні навантаження р СМ, кВт і q СМ, квар, за максимально завантажену зміну необхідні для визначення розрахункового максимуму навантаження визначаються
р СМ = k і · Р Н; (1.4)
q СМ = Р СМ · tg j, (1.5)
де k і - коефіцієнт використання (визначається за довідниками);
tg j - коефіцієнт потужності, визначається за з os φ за таблицями.
На початку розрахунку електроприймачі (ЕП) розбиваються на групи, за місцем установки і технологічному процесу, проводиться систематизація електричних навантажень і складається таблиця, в якій перераховані всі електроприймачі підприємства із зазначенням обраного режиму їх роботи (коефіцієнта використання і коефіцієнта потужності, тривалості включення, що відрізняється від 100%) [3].
Коефіцієнтом використання називається відношення середньої активної потужності електроприймача (або групи) за максимально завантажену зміну, до її номінального значення.
Дані про режими роботи устаткування приймаються за довідниками [2]. Всі електроприймачі повторно - короткочасного режиму необхідно привести до ПВ = 100%, або 1,00 Для кранів ПВ = 25%. Для зварювального устаткування ПВ = 65% [3].
Для зварювальних трансформаторів і зварювальних машин, задається номінальна повна потужність в кВ · А, і для розрахунку її необхідно привести до активної за формулою (1.3).
Наведена потужність мостового крана (ЕП 51) складе:
р Н =
Наведена потужність зварювального перетворювача (ЕП11) складе:
р Н =
Результати визначення показників режиму роботи електроприймачів депо зведені в таблицю 1.2.
Перед розрахунком навантажень, проведемо попереднє дослідження конфігурації електричної мережі і визначимо групи електроприймачів. При визначенні групи необхідно врахувати, щоб кількість ЕП було не більше ніж число відходять фідерів в серійно випускаються розподільних шафах [3].
Всього по цехах і виробничих дільниць депо визначилося 14 груп ЕП отримують електроенергію від силових пунктів (СП). З них в даній частині дипломного проекту розрахунок ведеться для восьми груп підключених від СП - 1 до СП - 8. Потужні ЕП створюють великі пікові навантаження, наприклад колісно-токарні верстати (ЕП 45 і ЕП 62), стенд для обкатки колісних пар (ЕП 20) і мостові крани (ЕП 51, ЕП 53) не підключаються до СП і отримують харчування за окремим кабельних лініях від шин низької напруги підстанції.
По території депо навантаження розподілені в кожному цеху окремими групами, тому буде краща радіально - магістральна схема їх підключення від розподільних шаф. У зв'язку з цим будемо виконувати розрахунок окремо по кожному цеху, об'єднуючи дані розрахунків у таблиці для вибору трансформатора комплектної трансформаторної підстанції (КТП) та обладнання мережі зовнішнього електропостачання.
Зробимо розрахунок електричних навантажень цеху за методом впорядкованих діаграм. За режимом роботи ділимо електроприймачі на дві групи:
- Електроприймачі зі змінним графіком навантаження (k І <0.6);
- Електроприймачі з постійним графіком навантаження (k І ≥ 0,6).
Визначимо середні навантаження за максимально завантажену зміну по групах електроприймачів одного режиму роботи і занесемо в таблицю 1.2.
Проведемо розрахунок для групи складається з 14 ЕП розташованих у приміщенні механічної майстерні, що складається з металообробних верстатів зі змінним графіком навантаження, і вентиляторів, що живиться від силового пункту СП - 1.
У графу 2 записуємо кількість електроприймачів одного режиму роботи (з однаковим k І і з os φ). Для СП - 1, електроприймачів зі змінним графіком навантаження n = 12 шт. з постійним графіком n = 2 шт.
У графу 3 записується сумарна встановлена потужність електроприймачів всієї групи, Р Н = 57,4 кВт.
У графу 4 і 5 записуються коефіцієнти використання та з os φ груп одного режиму роботи обраних за довідником [3].
Визначимо середні навантаження по групах електроприймачів, наприклад для токарного верстата (ЕП 27) з р Н = 12,7 кВт, при:
k І = 0,12 і з os φ = 0,78 (tg φ = 0,79):
р СМ = 0.12 · × 12,7 = 1,50 кВт;
Q РМ = 0,79 · 0,50 = 1,2 квар.
Розраховані середні навантаження заносяться до граф 6 і 7 таблиці 1.2.
Розрахунок однофазних навантажень
Особливим чином визначається приведена потужність для однофазних навантажень, до яких відноситься однофазні зварювальні трансформатори, офісна та побутова техніка. Якщо розрахункова номінальна потужність однофазних електроприймачів більше 15% потужності трифазної групи електроприймачів, то еквівалентна трифазна потужність (Р НЕ) визначається в залежності від кількості та схеми включення однофазних електроприймачів у трифазну мережу [3].Побутова та офісна техніка входить до складу групи СП-8 і рівномірно включається за фазами трифазної мережі. Отже, її можна враховувати як трифазні навантаження. При включенні великих однофазних електроприймачів на лінійну напругу еквівалентна трифазна номінальна потужність Р НЕ, при кількості електроприймачів 1 ... 3 одиниць, включених можливо рівномірно в різні плечі трифазної системи визначається за формулою (1.6):
Р НЕ =
Для електроприймачів з постійним графіком навантаження розрахунок ведеться аналогічно як з змінним графіком до графи 6, але при визначенні максимальних навантажень для них, а також для освітлювальних навантажень
P М = P СМ;
Q М = Q РМ..
Розрахуємо підсумкову сходинку таблиці 1.2 за групами ЕП. Для групи СП - 1 з змінним графіком навантаження: P СМ = 9,4 кВт, Q РМ. = 15,5 квар.
За результатами граф 6 і 3 визначається груповий коефіцієнт використання К И для електроприймачів із змінним графіком навантаження за формулою (1.7):
К И = SР СМ / SР Н. (1.7)
Для групи зі змінним графіком навантаження живиться від СП-1:
До І = 9,4 / 54,0 = 0.17.
Далі для визначення максимальної розрахункової потужності необхідно визначити коефіцієнт максимуму До М і ефективне число ЕП n Е, шт.
Під n Е розуміється таке число однакових по режиму електроприймачів однакової потужності, яке створює такий же розрахунковий максимум, що і група різних електроприймачів. Визначається n Е, шт, за формулою:
При цьому, потужність багатодвигунних верстатів і механізмів (кранів)
підсумовується і не враховуються дрібні електроприймачі з сумарною потужність менше 5% від потужності групи. Багатодвигунними механізмами можна вважати електродомкрати, які працюють по чотири одночасно [3].
У графу 9 записуємо коефіцієнт максимуму К м. Або коефіцієнт завантаження k З. Якщо n Е> 4, то коефіцієнт максимуму за активної потужності визначаємо за кривими і заноситься до графи 9.
Якщо число електроприймачів у групі дорівнює чотирьом і більше, то ефективна кількість ЕП допускається приймати рівним фактичному за умови:
m ≤
де Р Н MAX - номінальна потужність максимального електроприймача, кВт;
Р Н MIN - номінальна потужність мінімального електроприймача, кВт.
При визначенні m виключаються дрібні електроприймачі з сумарною потужністю менше 5%.
Якщо m> 3, то n Е можна визначити за формулою
де ΣР Н - сумарна потужність ЕП групи, кВт.
Реактивна потужність, необхідна для створення магнітного потоку електричних машин, змінюється в півгодинній максимум не так значно і визначається:
- При n Е ≤ 10, Q М = 1,1 Q СМ;
- При n Е> 10, Q М = Q РМ
Таким способом в даному прикладі розраховуються максимальні навантаження, що живляться від СП - 1. Для ЕП повторно-короткочасного режиму найбільшим ЕП є токарний верстат (ЕП 27) з р Н = 12,4 кВт, а найменшим можна вважати точ (ЕП 2) з р Н = 224 кВт, і за формулою (1.9):
m = 12,4 / 2,2 = 5,6.
Оскільки m> 3, то n Е можна визначити за формулою (1.10), тоді:
n Е = 2 · 54,0 / 12,4 = 8,7 шт.
По кривим довідника [3] визначаємо, що: К м. = 2,10, тоді:
P М = 9,4 · 2,10 = 19,7 кВт, Q М = 1,1 · 15,5 = 17,0 квар.
Для ЕП тривалого режиму роботи:
P М = P СМ = 2,9 кВт; Q М = Q СМ = 3,0 квар.
Якщо число електроприймачів більше 3, а n Е менше чотирьох, то розрахунок максимального навантаження ведеться за коефіцієнтом завантаження k З, який для електроприймачів:
- Тривалого режиму роботи, k З = 0,90 при cosφ = 0,90, тоді:
P М = 0,90 · P Н; Q М = 0,75 · P М;
- Повторно-короткочасного режиму роботи k З = 0,75; cos j = 0,70; тоді:
P М = 0,75 · P Н; Q М = P Н.
Таким способом розраховуються максимальні навантаження, що живляться від СП - 7. Підраховуємо підсумок по всіх силових навантажень групи ЕП живляться від СП - 1, складаючи підсумки відповідних граф (n, P Н, P СМ, Q РМ, P М, Q М).
P СМ = 12,3 кВт, Q СМ = 18,5 квар;
P М = 22,6 кВт, Q М = 20,0 кВ · Ар.
Для вибору силової шафи живить групу підрахуємо середню потужність S СМ за максимально завантажену зміну, кВ · А
S СМ =
Для групи СП-1:
S СМ =
Визначимо максимальну потужність групи:
S М =
Для вибору перетину і марки живильних кабелів при напрузі живлення U Н = 380 В визначимо струм живильної лінії групи (графа 13), А
Для групи живиться від СП-1
I М =
Проведемо розрахунок для всіх груп ЕП. Результати розрахунку навантажень наведені в таблиці 1.2.
1.2 Розрахунок мережі електропостачання локомотивного депо
Реконструкцію системи електропостачання даного локомотивного депо необхідно проводити з наступних причин:- Високовольтне та низьковольтне розподільний пристрій ТП Депо пройшло нормативний термін експлуатації;
- Низьковольтна розподільна мережа перевантажена і знаходиться в незадовільному технічному стан.
Знижувальна підстанція, яка живить дане депо (ТП Депо), включена в кільцеву схему залізничного вузла і отримує живлення на напрузі
6 кВ за двома кабельних лініях від незалежних джерел. Розподільний пристрій високої напруги ТП Депо секціонованими. Як комутаційного апарату встановлено високовольтний вимикач.
Перший живильний фідер підстанції виконаний кабелем 6 кВ марки ААШВ 3Ч120, довжина 0,90 км. На першій секції шин встановлений понижуючий трансформатор типу ТМ-630/6/0, 4.
Другий живильний фідер підстанції виконаний кабелем 6 кВ марки
АСБ 3Ч70, довжина 0,70 км. Понижуючий трансформатор другої секції шин типу ТМ-320/6/0, 4. Системи шин високого і низького напруги секціонованими.
Підстанції депо (ТП Депо) має такі сторонні низьковольтні споживачі: пост електричної централізації (ЕЦ) на 120 стрілок, заявлена потужність Р = 72,4 кВт, cos φ = 0,85 і станцію перекачування мазуту, заявлена потужність Р = 50,0 кВт , cos φ = 0,85.
Також від першої секції шин 6 кВ підстанції депо відходить кабельна лінія для живлення комплектної трансформаторної підстанції (КТП) дистанції колії.
У розподільчому пристрої високої напруги на існуючій ТП Депо встановлені комплектні камери типу КСВ 366. Надходять і відходять високовольтні фідери оснащені олійними вимикачами типу ВМГ - 10 виробили нормативний ресурс.
При реконструкції ТП Депо необхідно:
- Визначити необхідність збільшення потужності або заміни силових понижувальних трансформаторів;
- У високовольтних камерах замінити масляні вимикачі на вакуумні стаціонарного виконання;
- Оснастити розподільний пристрій низької напруги сучасними типами панелей з новою комутаційної і захисної апаратурою.
Трансформатори живильної підстанції вибираються за умовами навколишнього середовища. Номінальна потужність трансформатора повинна відповідати середньому навантаженні за максимально завантажену зміну. Для споживачів першої категорії навантаження трансформатора повинна бути не більше 70% від номінальної потужності, для другої - до 80%, третьої до 90% [4].
Проведемо порівняння варіантів вибору трансформаторів.
Сумарна розрахована потужність навантаження найбільш навантаженої зміни депо становить: S СМ = 895,8 кВ · А. В даний час на ТП-Депо встановлені трансформатори з сумарною номінальною потужністю
S Н.Т = 950 кВ · А. Отже, навантаження за максимально навантажену зміну для них становить 94,3%, що перевищує норму для споживачів третьої категорії. Також трансформатор типу ТМ-320/6/0, 4 знаходиться в експлуатації більше 40 років, виробив нормативний ресурс і за технічним станом потребує заміни. При реконструкції ТП Депо трансформатор типу ТМ-320/6/0, 4 може бути замінений на:
- Трансформатор типу ТМ-400/6/0, 4 потужністю 400 кВ · А;
- Трансформаторами типу ТМ-630/6/0, 4 потужністю 630 кВ · А.
У першому випадку розрахована навантаження споживачів за максимально завантажену зміну складе 87,0% від потужності трансформаторів типу ТМ-630/6/0, 4 і ТМ-400/6/0, 4 відповідає нормам для споживачів третьої категорії.
У другому випадку розрахована навантаження споживачів за максимально завантажену зміну складе 71,1% від потужності двох трансформаторів типу ТМ-630/6/0, 4. Оскільки серед навантажень від ТП Депо є споживач першої категорії (пост ЕЦ), а також у зв'язку з тим, що енергоозброєність депо і електроспоживання буде все більше зростати, приймаємо рішення про встановлення другого трансформатора типу ТМ-630/6/0, 4.
Головний розподільний щит (ГРЩ) розподільного пристрою низької напруги виконаємо з застосуванням типових шаф випускаються в даний час промисловістю. Оскільки застосовується двухтрансформаторная ТП, система шин напругою 0,4 кВ секціонованими. Як комутаційного апарату на вводі від трансформатора на кожну секцію шин застосовується автоматичний вимикач. Захист відходять низьковольтних ліній виконується з застосуванням автоматичних вимикачів стаціонарного або висувного типу або запобіжниками-роз'єднувачами на номінальний струм до 630 А [3].
Для організації обліку електроенергії та вимірювань на ТП за заявкою замовника встановлюються:
- Вольтметр з перемикачем на вводі РУ низької напруги;
- Амперметри в кожній фазі на вводі;
- Трансформатори струму в РУ високої та низької напруги;
- Лічильники активної та реактивної електроенергії на стороні низької напруги;
- Інші прилади.
Наявність розрахункових лічильників на ТП дозволяє організувати комерційний облік електроенергії на підприємстві. Підключення лічильників до мережі здійснюється через вимірювальні трансформатори струму з класом точності не більше 0,5. Приєднання струмових обмоток лічильників необхідно робити до до вторинних обмотках трансформаторів струму окремо відчепі захисту і спільно з електровимірювальними приладами. Розрахункові лічильники повинні бути опломбовані [4].
Лічильниками реактивної електроенергії повинні оснащуватися споживачі з встановленою потужністю більше 100 кВт [4]. Лічильниками технічного обліку можуть оснащуватися силові пункти харчування окремих цехів.
Схема першої секції шин ТП Депо наведена на малюнку 1.2.
Одним з основних напрямків скорочення втрат електроенергії та підвищення ефективності електроустановок промислових підприємств є компенсація реактивної потужності з одночасним підвищенням якості електроенергії безпосередньо в мережах підприємств.
Чим нижче коефіцієнт потужності cos φ при одній і тій же активному навантаженні електроприймачів, тим більше втрати потужності і падіння напруги в елементах систем електропостачання. Тому слід завжди прагнути до отримання найбільшого значення коефіцієнта потужності [3].
Правильна компенсація реактивної потужності (КРП) дозволяє:
- Розвантажити передають установки: прово, трансформатори і розподільні пристрої;
- Знизити теплові втрати струму і витрати на електроенергію;
- знизити вплив вищих гармонік;
- Придушити мережеві перешкоди, знизити несиметрію фаз;
- Домогтися більшої надійності і економічності розподільних мереж.
Для вирішення цих завдань застосовуються компенсуючі пристрої, звані установками компенсації реактивної потужності, основними елементами яких є конденсатори.
Застосування установок КРМ дозволяє виключити оплату за споживання з мережі і генерацію в мережу реактивної потужності, при цьому суми платежу за споживану енергію, що визначаються тарифами енергосистеми, значно скорочуються.
Малюнок 1.2 - Схема першої секції шин 380/220 В трансформаторної підстанції депо
Одним з основних напрямків скорочення втрат електроенергії та підвищення ефективності електроустановок промислових підприємств є компенсація реактивної потужності з одночасним підвищенням якості електроенергії безпосередньо в мережах підприємств.
Чим нижче коефіцієнт потужності cos φ при одній і тій же активному навантаженні електроприймачів, тим більше втрати потужності і падіння напруги в елементах систем електропостачання. Тому слід завжди прагнути до отримання найбільшого значення коефіцієнта потужності [3].
Правильна компенсація реактивної потужності (КРП) дозволяє:
- Розвантажити передають установки: прово, трансформатори і розподільні пристрої;
- Знизити теплові втрати струму і витрати на електроенергію;
- знизити вплив вищих гармонік;
- Придушити мережеві перешкоди, знизити несиметрію фаз;
- Домогтися більшої надійності і економічності розподільних мереж.
Для вирішення цих завдань застосовуються компенсуючі пристрої, звані установками компенсації реактивної потужності, основними елементами яких є конденсатори.
Застосування установок КРМ дозволяє виключити оплату за споживання з мережі і генерацію в мережу реактивної потужності, при цьому суми платежу за споживану енергію, що визначаються тарифами енергосистеми, значно скорочуються.
Вибір потужності їх конденсаторних батарей здійснюють за розрахунками електричних навантажень підстанції і заданому вхідному tg φ ВХ, за допомогою якого визначається вхідна потужність, компенсацію якої бере на себе енергетична система. З розрахунку електричних навантажень визначається середня активна потужність за найбільш завантажену зміну P СМ і обчислюється реактивна потужність Q К, квар яку необхідно компенсувати за формулою:
Q К =
де tg φ - фактичне значення коефіцієнта потужності підприємства;
tg φ вх = 0,33, нормоване значення коефіцієнта потужності [3].
Для вибору потужності конденсаторної батареї на ТП Депо Q До визначаємо P СМ з розрахунку навантажень виконаного студентом Свірідовим П.М. На даному рівні розподілу електроенергії (підстанція залізничного депо) у нормований показник якості електроенергії, tg φ ВХ = 0.33. Отже:
Q К = 650,6 × (615,8 / 650,6 - 0.33) = 401,1 квар.
Як компенсуючого пристрою в розподільчому пристрої низької напруги вибираємо найближчу за потужністю автоматичну низьковольтну конденсаторну установку типу УКЛН - 0.38 - 400 - 50 У3 [3].
Далі необхідно визначити найбільш оптимальну схему низьковольтної розподільчої мережі. При виборі варіантів реконструкції електропостачання підприємства найбільш доцільно виконати «глибокий введення» високої напруги і розташувати знижувальних підстанцій якомога ближче до центру електричних навантажень. Це призведе до зниження втрат при передачі електроенергії.
Для розрахунку низьковольтної мережі живлення на схематичний генплан підприємства наноситься картограма навантажень [3]. План підприємства необхідно помістити в прямокутну систему координат з осями Х і Y. При цьому кожен ЕП (або розподільчий шафа) з навантаженням P i, буде мати координати X i, Y i. При такому способі можна за аналогією з центром ваги матеріальних точок визначити центр електричних навантажень групи ЕП чи всього підприємства, координати якого (X 0, Y 0) можуть визначитися за формулами (1.14):
де P i - потужність ЕП, кВт;
X i, Y i - координати ЕП, м.
На підприємстві виявляються зосереджені навантаження і визначаються центри груп розподілених навантажень. Далі центри навантажень груп ЕП визначаються за формулою (1.14). Цехові силові пункти (РП) або розподільні шафи повинні бути наближені до колон і стін цеху як природним опор для вихідних і відповідних до них ділянок мережі. Мережа, що живить шафи, також повинна бути наближена до найкоротшою [3].
Координати ЕП на території депо Х і Y приймемо в метрах.
Наприклад, за формулою (1.14) визначимо координати центру навантажень групи ЕП роликового відділення, що живиться від СП-5:
Для вибору місця розташування силової шафи харчування навантажень їдальні виберемо точку з координатами Х СП-13 = 57,0 м і Y СП-5 = 63,0 м біля стіни приміщення роликового відділення. Місце фактичного розташування живлячої СП-5 зміщений від центру електричних навантажень на 4,7 м.
Потім також визначимо координати центру навантажень інших груп ЕП. Центр навантажень дрібних нестаціонарних ЕП, наприклад побутової або офісної техніки можна прийняти в середині займаного приміщення. Дані розрахунку занесемо в таблицю 1.3
Таблиця 1.3 - Координати центру навантажень груп ЕП
| Координати | СП-1 | СП-2 | СП-3 | СП-4 | СП-5 | СП-6 | СП-7 | СП-8 |
| Х ЦН, м | 10,1 | 18,5 | 29,4 | 41,0 | 52,3 | 69,2 | 93,5 | 119,8 |
| Y ЦН, м | 61,7 | 59,5 | 57,5 | 57,0 | 62,9 | 57,4 | 55,0 | 44,0 |
Таблиця 1.4 - Координати місць розташування силових пунктів
| Координати | СП-1 | СП-2 | СП-3 | СП-4 | СП-5 | СП-6 | СП-7 | СП-8 |
| Х СП, м | 12,0 | 19,0 | 29,0 | 34,0 | 57,0 | 77,5 | 95,0 | 117,0 |
| Y СП, м | 47,5 | 47,5 | 47,5 | 47,5 | 63,0 | 47,5 | 53,0 | 44,0 |
Координати центра ваги всіх навантажень депо розраховані з урахуванням розрахунків за іншими цехам і дільницям. З огляду на розрахунки виконаними студентом Свірідовим П.М. визначимо координати центру ваги всіх навантажень депо, який опинився в точці з координатами:
Х Д = 50,5 м і Y Д = 37,5 м.
Для зменшення втрат електроенергії в низьковольтної мережі живить підстанція повинна бути максимально наближена до центру навантажень, однак для здешевлення проекту реконструкції системи електропостачання збережемо існуючу підстанцію в окремому цегляному будові на відстані 0,1 км від введення низьковольтних кабелів в приміщення депо з боку кернового відділення. Отже, місце розташування ТП Депо виявляється зміщений від центру навантажень депо на 138,0 м.
Схема живильної низьковольтної мережі депо приведена на малюнку 1.3.
Електричні апарати та провідники вибираються за рівнем ізоляції, допустимому нагріву струмоведучих частин у тривалих режимах, а провідники, за винятком провідників збірних шин електроустановок, також за економічно доцільною навантаженні [3]. Для електричних апаратів використовуються наступні співвідношення
U НОМ ≥ U МЕРЕЖІ НОМ. (1.15)
I НОМ ≥ I НРМ. Розр. (1.16)
де U НОМ - номінальна напруга апарату, кВ;
U МЕРЕЖІ НОМ - номінальна напруга мережі, кВ;
I НОМ - номінальний струм апарату; А;
I НРМ. Розр - розрахункові струми нормального, післяаварійного та ремонтного режимів, А.
Для провідників використовуються співвідношення:
U НОМ ≥ U МЕРЕЖІ НОМ. (1.17)
Для неізольованих провідників U НОМ визначається рівнем опорної ізоляції. Перетин провідника визначиться за формулою (1.18):
S = I НОРМ. Розр. / J ЕКН, (1.18)
де S - переріз провідника, мм 2;
J ЕКН - нормована економічна щільність струму, А / мм 2 [4].
Перевірці з економічної щільності струму не підлягають мережі напругою до 1 кВ при числі годин використання максимуму навантаження до 4000 ... 5000 на рік [4]. Більшість цехів депо працюють за однозмінний графік і число годин максимуму навантаження сягає не більше 2100 годин на рік.
Номінальний струм електричного апарату і тривало допустимий струм провідника встановлюються при певній нормованої температурі навколишнього середовища.
Для електричних апаратів нормована температура навколишнього середовища t ДКР. НОМ = 35 0 С; для провідників, прокладених на повітрі і в кабельних каналах, t ДКР. НОМ = 25 0 С; для провідників, прокладених у землі або у воді, t ДКР. НОМ = 15 0 С [4].
Живить низьковольтна мережа з'єднує розподільні і силові пункти з КТП і джерелом живлення підприємства. У депо вона виконується кабелями в кабельних каналах і по стінах приміщень у коробах. Перерізу провідників, що живлять групи ЕП, вибираємо за тривало - допустимому току
I розр ≤ I ДЛ. ДОП., (1.19)
де I розр - розрахунковий струм, який визначається як I МАХ групи ЕП, А;
I ДЛ. ДОП - тривало - допустимий струм по нагріванню для провідника даного перетину, який визначається за таблицями ПУЕ [4] в залежності від конструкції і умов прокладки, А.
Малюнок 1.3 - Схема магістральної мережі депо 380/220 В
У разі прокладання кабелів в залежності від умови прокладки за даними наведені в таблицях ПУЕ [4] в розрахунок вводяться коефіцієнти. Так, для чотирижильним кабелів вводиться коефіцієнт 0,92 для тривало допустимого струму для трижильним кабелів.
Наприклад, максимальний струм навантаження групи ЕП пантографного відділення та адміністративно-побутового корпусу, що живиться від СП-8 у розділі 1.1 за таблицею 1.2 визначено як:
I M = 144,0 А.
За таблицями ПУЕ [4] визначаємо, що при прокладці в повітрі для кабелю марки АВВГ - 3Ч95 + 1Ч50 тривало допустимий струм I ДЛ. ДОП = 170 А.
З урахуванням коефіцієнта 0,92 для цього кабелю I ДЛ. ДОП = 156 А.
Дані за результатами розрахунку магістральних низьковольтних кабелів наведені в таблиці 1.5.
Таблиця 1.5 - Дані по кабелях магістральної низьковольтної мережі
| Шлях живильної мережі | Струм групи ЕП, I М, А | Марка кабелю | Перетин кабелю, мм 2 | Допустимий струм, I ДЛ. ДОП, А |
| ТП - СП-1 | 46,0 | АВВГ | 4Ч16 | 55,0 |
| ТП - СП 2 | 130,0 | АВВГ | 3Ч95 + 1Ч50 | 156,0 |
| ТП - СП-3 | 35,0 | АВВГ | 4Ч10 | 39,0 |
| ТП - СП-4 | 29,0 | АВВГ | 4Ч10 | 39,0 |
| ТП - СП-5 | 17,0 | АВВГ | 4Ч6 | 29,0 |
| ТП - СП-6 | 46,0 | АВВГ | 4Ч16 | 55,0 |
| ТП - СП-7 | 52,0 | АВВГ | 4Ч16 | 55,0 |
| ТП - СП-8 | 144,0 | АВВГ | 3Ч95 + 1Ч50 | 156,0 |
Якщо в результаті вибору перетин алюмінієвих проводів виходить S ≤ 10 мм 2, то провід вибирають по номінальному струмі електроприймача, I розр = I пасп (до ПВ = 100% не наводиться), а якщо S ≥ 16 мм 2 то розрахунковий струм визначається, А
Цим враховується теплова інерція провідників великого перерізу.
Для асинхронних двигунів, генераторів, А
Переріз провідників окремих ЕП вибирається за умовою
де I ДОП.ПР - тривало-допустимий струм провідника, А.
Наприклад, визначимо перетин проводів необхідних для електропостачання шліфувального верстата (ЕП 37) з р Н = 7,6 кВт. За формулою (1.20) визначаємо: I ДЛ. ДОП = 15,2 А. Отже живильну мережу для ЕП 37 необхідно виконати чотирма алюмінієвими одножильний проводами марки АПРТО прокладеними в трубі з перетином жив по 2,5 мм. Тривало допустимий струм для таких проводів становить I ДОП.ПР = 19 А [4].
Для генератора струмів високої чатоти з р Н = 60,0 кВт і ПМ = 0,25, встановленого в ковальському відділенні (ЕП № 56) розрахунковий струм визначиться за формулою (1.20)
Отже, від СП-2 до цього електроприймачі необхідно прокласти чотири одножильних алюмінієвих проводів перерізом жив 25 мм 2 і з довгостроково-допустимим струмом I ДОП.ПР = 70 А [4].
1.3 Розрахунок струмів аварійних режимів
При розрахунках струмів короткого замикання (КЗ) в електроустановках змінного струму напругою до 1 кВ допускається:- Використовувати спрощені методи розрахунків, якщо їх похибка не перевищує 10%;
- Максимально спрощувати і еквівалентіровать всю зовнішню мережу;
- Не враховувати струм намагнічування трансформаторів;
- Не враховувати насичення магнітних систем електричних машин;
- Приймати коефіцієнти трансформації трансформаторів рівними відношенню середніх номінальних напруг тих ступенів напруги, які пов'язують трансформатори. При цьому слід використовувати таку шкалу середніх номінальних напруг: 37,0; 20,0; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,40; 0,23 кВ;
- Не враховувати вплив синхронних і асинхронних електродвигунів або комплексної навантаження [3].
На вибір розрахункового виду КЗ впливає схема з'єднання обмоток силового трансформатора. При використанні трансформаторів, у яких обмотка вищої напруги з'єднана в трикутник, струм однофазного металевого КЗ на шинах нижчої напруги може виявитися більше струму трифазного металевого КЗ.
Струми КЗ в електроустановках напругою до 1 кВ рекомендується розраховувати в іменованих одиницях. При складанні еквівалентних схем заміщення параметри елементів вихідної розрахункової схеми слід приводити до ступені напруги мережі, на якій знаходиться точка КЗ, а активні та індуктивні опори всіх елементів схеми заміщення виражати в мил-ліомах [3].
Методика розрахунку початкового діючого значення періодичної складової струму КЗ в електроустановках до 1 кВ залежить від способу електропостачання - від енергосистеми або автономного джерела.
При розрахунку струмів КЗ в електроустановках, одержують харчування безпосередньо від мережі енергосистеми, допускається вважати, що знижують трансформатори підключені до джерела незмінного по амплітуді напруги через еквівалентну індуктивний опір.
Розрахунки повинні проводитися за режимами, відповідним проходженню з даного ділянці і найбільшого або найменшого струму КЗ. Так, наприклад, перевірка електротехнічного обладнання на термічне та електродинамічні дію струмів КЗ повинна провадитимуться за важкого режиму, коли з даного елементу проходить максимальний струм. Навпаки, випробування чутливості релейного захисту проводиться за найменшим току відповідного мінімального режиму.
Стійкість обладнання до термічного (тепловому) дії надструму також перевіряється за трифазного КЗ [4].
Розташування точок короткого замикання. При перевірці електрообладнання на електродинамічну або термічну стійкість точки КЗ слід розташовувати таким чином, щоб при цьому перевіряється обладнання перебувало в найбільш несприятливих умовах.
При виборі уставок релейного захисту точка КЗ приймається, в залежності від призначення виконуваного розрахунку, в кінці або на початку ділянки, що захищається.
При перевірці кабелів на термічну стійкість розрахункової точкою КЗ є:
- Точка КЗ на початку кабелю (для одиночних кабелів однієї будівельної довжини);
- Точка КЗ на початку кожної ділянки нового перерізу (для одиночних кабелів зі східчастим перетином по довжині);
- Точка КЗ на початку кожного кабелю (для двох і більш паралельно включених кабелів однієї кабельної лінії) [3].
Струмовий захист окремих ЕП депо виконаємо з застосуванням низьковольтних автоматичних вимикачів встановлених на силових пунктах і розподільних щитках. Схеми для розрахунку КЗ наведена на малюнку 1.4.
Для забезпечення електробезпеки застосовуються різні системи нульових і заземлюючих провідників у мережах з напругою менше 1 кВ. Для електропостачання промислових підприємств і в господарстві нетягових споживачів залізничного транспорту найбільш широко застосовується система TN-CS з глухозаземленою нейтраллю джерела живлення і повторними заземленнями у споживачів [5]. При цьому від нульової точки трифазної обмотки з напругою 380/220 В об'єднаний нульовий і захисний провідник Реn силового кабелю з'єднується з усіма розподільними шафами і приєднується до заземлюючої магістралі.
По всіх приміщеннях і цехах депо влаштовується магістраль заземлення, виконана сталевий шиною. Відкриті провідні частини кожного електроприймача в депо повинні приєднуватися до магістралі заземлення металевим заземлювальним РЕ-провідником. Четверта жила низьковольтних кабелів є об'єднаним Реn-провідником. На силових пунктах груп електроприймачів РЕ-провідники і N-провідники роз'єднуються і йдуть до навантажень окремо. При цьому N-провідники повинні мати ізоляцію нарівні з фазними проводами [5].
а) розрахункова схема електроустановки;
б) схема заміщення ланцюга КЗ;
в) еквівалентна схема заміщення ланцюга КЗ в точці КЗ.
Малюнок 1.4 - Схеми розрахунку надструму
Апарати захисту повинні бути відбудовані від нормальних короткочасних режимів роботи (пусковий струм електричних двигунів,) - пікових струмів I ПІК захищаються ділянок мережі. Наприклад, для плавких вставок запобіжників і теплових елементів расцепителей автоматичних вимикачів має дотримуватися умова
де к - коефіцієнт тяжкості пуску;
к = 5 - для асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором;
к = 3 - для асинхронних двигунів з фазним ротором;
к = 1 - для зварювальних трансформаторів;
α - коефіцієнт теплової інерції плавкої вставки.
α = 2.5 - для нормальних умов пуску (верстати, трансформатори, вентилятори), тобто при невеликій частоті включень;
α = 1.6 - для кранів, зварювальних апаратів;
I Н - номінальний струм електроприймача, А.
Для одного двигуна I ПІК - його пусковий струм, а для групи електродвигунів піковий струм визначають за формулою
де i Н.. МАКС - номінальний струм найбільшого ЕП з даної групи, який визначається за паспортними даними, А;
I Р - розрахунковий струм групи приймачів, А;
k І - коефіцієнт використання, характерний для двигуна, що має найбільший пусковий струм.
Наприклад, визначимо піковий струм групи СП-2 ковальського відділення. У складі групи з дев'яти ЕП з максимальним струмом I М = 130,0 А найбільшим є зварювальний перетворювач (ЕП №) з номінальною потужністю паспортної р Н.П = 28,0 кВт і до І = 0,40 і ПВ = 0, 65%. За формулою (1.21) для зварювального перетворювача визначаємо i Н.. МАКС = 56,0 А. За формулою (1.24) піковий струм групи СП-2 визначиться
I ПІК = 56,0 + 130,0 - 0,40 · 56,0 = 164 А.
Захисту в ланцюгах 380/220 У найбільш доцільно виконувати на автоматичних вимикачах, (автоматах), які призначені для нечастих оперативних відключень та захисту електричних ланцюгів від перевантажень і надструмів. До достоїнств автоматів слід віднести те, що вони при аварії відключають відразу всі фази мережі і дозволяють максимально безпечно проводити оперативні дії при ручному відключенні.
У залежності від призначення автомати оснащуються різними комбінаціями расцепителей, серед яких найбільш поширені електромагнітні, для спрацьовування на струм короткого замикання (КЗ) та теплові для захисту від перевантаження. Теплові розчіплювачі відключають автомат з витримкою часу назад залежною від величини протікаючого струму.
Автоматичні вимикачі вибираються за наступними умовами.
Номінальний струм расцепителя може бути не менше найбільшого розрахункового струму навантаження, довгостроково протікає, що захищається елементу
I Н. Розцентру ≥ I Р. (1.25)
Автоматичний вимикач не повинен відключатися в нормальному режимі роботи захищається елемента, тому струм уставки теплового розчеплювача повинен вибиратися з умови
I Н. Розцентру. Т ≥ (1.1 - 1.3) I Р. (1.26)
Автоматичний вимикач не повинен відключатися при короткочасних перевантаженнях, тому струм уставки електромагнітного розчеплювача повинен вибиратися з умови
I Н. Розцентру. Е ≥ (1.25 - 1.35) I ПІК. (1.27)
Характеристики спрацювання автоматичних вимикачів вибираються в залежності від пікових струмів електроустановок [3].
Тип А миттєвий розчепитель спрацьовує в діапазоні значень від двох до трьох номінальних струмів. Застосовується в електроустановках з великою довжиною електропроводок, а також для захисту напівпровідникових пристроїв;
Тип В миттєвий розчепитель спрацьовує в діапазоні значень від трьох до п'яти номінальних струмів. Застосовується для захисту груп електроприймачів (у житлових будинках, малих виробничих підприємствах);
Тип С миттєвий розчепитель спрацьовує в діапазоні значень від п'яти до десяти номінальних струмів. Застосовується для захисту електроприймачів з невеликими пусковими струмами;
Тип D миттєвий розчепитель спрацьовує в діапазоні значень від 10 до 20 номінальних струмів. Застосовується для захисту електроприймачів з більшими пусковими струмами.
При виконанні реконструкції електроустановок і при новому будівництві захисту від надструму повинні відповідати новим вимогам ПУЕ [5]. При цьому характеристики захисних апаратів і параметри захисних провідників повинні бути узгоджені, щоб забезпечувалося нормований час відключення пошкодженої ланцюга захисно-комутаційним апаратом. Для автоматичного відключення живлення можуть бути застосовані захисно-комутаційні апарати, що реагують на надструму або на диференційний струм.
При виконанні реконструкції електроустановок і при новому будівництві захисту від надструму повинні відповідати новим вимогам сьомої редакції ПУЕ [5]. При цьому характеристики захисних апаратів і параметри захисних провідників повинні бути узгоджені, щоб забезпечувалося нормований час відключення пошкодженої ланцюга захисно-комутаційним апаратом. Для перевірки дії захисту від замикання на землю виконується розрахунок занулення в наступному порядку.
Розраховуються повні опори від трансформатора КТП до найбільш віддаленого електроприймача (з урахуванням вибраних перетинів мережі щодо навантажень та опору трансформатора). За розрахованим опору петлі фаза - нуль визначається струм однофазного короткого замикання I ОКЗ, А, який визначиться за формулою
де U Ф = 220 В - фазна напруга мережі, В;
Z å - сумарний повний опір ланцюга КЗ, Ом.
Сумарне повний опір кабельної лінії складе, Ом
Z WK = z 0 ∙ L, (1.29)
де z 0 - питомий опір кабелю, Ом / км;
L - довжина кабельної лінії, км.
Обраний захисний апарат перевіряється за часом відключення пошкодженої ланцюга. Допустимий час автоматичного відключення для системи TN при фазному напрузі U Ф = 220 В становить 0,4 с [5]. У колах, які живлять розподільні, групові, поверхові та ін щити і щитки, час відключення не повинен перевищувати п'ять секунд [5].
Для перевірки дії захисту від замикання на землю виконуємо розрахунок занулення для групи з дев'яти ЕП ковальського відділення, що живляться від силового пункту СП-2. Відкриті провідні частини приєднуються до глухозаземленою нейтралі джерела живлення. У цьому випадку порушення ізоляції фазних провідників повинно викликати протікання надструму і аварійне відключення пошкодженої частини електроустановки. Для забезпечення нормованого часу відключення пошкодженої ланцюга захисно-комутаційним апаратом перевіримо, як погоджені характеристики захисних апаратів і параметри захисних провідників.
Підраховуємо повний опір однофазного КЗ від трансформатора ТП Депо до найбільш віддаленого електроприймача (з урахуванням вибраних перетинів мережі щодо навантажень та опору трансформатора).
Наприклад, за планом силової мережі депо визначаємо, що найбільш віддаленим ЕП є вентилятор (ЕП 2), р Н = 2,7 кВт. За формулою (1.21) визначаємо, що I розр = 5,4 А. За формулою (1.23) визначимо, що I ПІК = 27,0 А. Захист від надструму для цього ЕП необхідно виконати автоматичним вимикачем з номінальним струмом на 10 А.
За планом приміщень депо на малюнку 1.3 і за таблицею 1.5 визначаємо, що від ТП Депо до СП № 2 прокладений кабель марки АВВГ 3Ч95 + 1Ч50 довжиною L 1 = 190 м. За ПУЕ [4] і схемою мережі визначаємо, що далі від СП- 2 до вентилятора необхідно прокласти в сталевій трубі чотири одножильних алюмінієвих проводу марки АПРТО довжиною L 2 = 25 м з перетином жив 2,5 мм 2 з тривало припустимим струмом I ДОП .= 19 А.
За довідковій літературі [3] визначимо повне опір струму однофазного короткого замикання:
- Трансформатора КТП-Депо типу ТМ-630 / 6 /, 4 з групою з'єднання обмоток Δ / Y 0 - z Т = 0, 014 Ом. За формулою (1.29) визначаємо опір кабелю z 1 = 0,215 Ом; дроти z 2 = 0,741 Ом.
Склавши опору всіх складових ланцюга КЗ визначимо, що повний опір ланцюга однофазного КЗ становить:
- У точці К-1 на шинах о, 4 кВ трансформатора, Z К-1 = 0,014 Ом;
- У точці К-2 на шинах СП-2, Z К-2 = 0,229 Ом;
- У точці К-3 на відкриті провідні частини ЕП № 2 Z К-3 = 0,970 Ом.
За формулою (1.28) визначаємо струм однофазного короткого замикання:
- У точці К-1, I ОКЗ = 220 / 0,014 = 15714 А;
- У точці К-2, I ОКЗ = 220 / 0,229 = 960 А;
- У точці К-3, I ОКЗ = 220 / 0,970 = 227 А.
На вводі в СП-2 з максимальним струмом навантаження I М = 130 А згідно з умовами (1,26), (1,27) виберемо автоматичний вимикач типу АВМ 4С з I Н.З = 200 А з тепловим і електромагнітним розщіплювачем типу «В ». Результати розрахунку захистів груп ЕП занесемо в таблицю 1.6.
Таблиця 1.6 - Розрахунок уставок апаратів струмового захисту
| Шлях живильної мережі | Струм групи ЕП I М, А | Струм однофазного КЗ, I ОКЗ, А | Перетин кабелю, мм 2 | Номінальний струм автомата, I Н.З, А |
| ТП - СП-1 | 46,0 | 244,0 | 4Ч16 | 63,0 |
| ТП - СП2 | 130,0 | 960,0 | 3Ч95 + 1Ч50 | 200,0 |
| ТП - СП-3 | 35,0 | 163,0 | 4Ч10 | 50,0 |
| ТП - СП-4 | 29,0 | 160,0 | 4Ч10 | 50,0 |
| ТП - СП-5 | 17,0 | 104,0 | 4Ч6 | 32,0 |
| ТП - СП-6 | 46,0 | 314,0 | 4Ч16 | 80,0 |
| ТП - СП-7 | 52,0 | 272,0 | 4Ч16 | 100,0 |
| ТП - СП-8 | 144,0 | 955,0 | 3Ч95 + 1Ч50 | 200,0 |
Далі необхідно вибрати номінальні струми автоматичних вимикачів встановлених у пунктах розподільних типу ПР-8703 для захисту електроприймачів.
За результатами розрахунків складається таблиця 1.7.
Таблиця 1.7 - Параметри струмових захистів електроприймачів групи живиться від СП - 2
| ЕП | Найменування | р Н., кВт | I НОМ, А | Перетин дроти, мм 2 | I ДОП. дроти, А | I Н. ЗАЩ., А |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 2 | Вентилятор | 2,7 | 5,4 | 2,5 | 19,0 | 10,0 |
| 12 | Вентилятор | 2,2 | 4,4 | 2,5 | 19,0 | 10,0 |
| 11 | Зварювальний перетворювач | 28,0 | 54,0 | 16,0 | 55,0 | 63,0 |
| 30 | Прес | 2,2 | 4,4 | 2,5 | 19,0 | 10,0 |
| 31 | Прес | 7,8 | 15,6 | 2,5 | 19,0 | 25,0 |
| 55 | Прес | 20,0 | 40,0 | 16,0 | 55,0 | 63,0 |
| 39 | Молот | 28,0 | 54,0 | 16,0 | 55,0 | 63,0 |
| 40 | Молот | 6,8 | 13,6 | 2,5 | 19,0 | 25,0 |
| 46 | Таль | 5,5 | 11,0 | 2,5 | 19,0 | 16,0 |
Висновок
У результаті розрахунків прийшли до висновку, що один з трансформаторів живильної підстанції ТП Депо підлягає заміні на більш потужний. Була визначена навантаження ТП Депо за максимально завантажену зміну Sсм. Відповідно до отриманих даних був обраний трансформатор типу ТМ-630/6/0, 4У2. Також за цими даними було вибрано компенсує пристрій типу УКЛН-0 ,38-400-50-У3.Для визначення перетину кабелів, що живлять силові пункти, определелі максимальне навантаження ТП Депо. Вона склала
1083,7 кВ · А. Для прокладання мережі від підстанції ТП - Депо до силових пунктам всередині депо обрані кабелі типу АВВГ з необхідним для кожного пункту перетином.
Реконструкцію системи електропостачання локомотивного депо пропонується виконати:
- З максимальним збереженням обладнання, не виробило нормативний термін експлуатації;
- Із застосуванням нових сучасних електротехнічних пристроїв.
Відповідно до цього положення, живлення основної частини навантажень зберігаємо від існуючої двохтрансформаторної підстанції.
Силові пункти та розподільні шафи в своєму розпорядженні в центрі електричних навантажень груп електроприймачів, що дозволяє виконати оптимальну розподільчу мережу підприємства. Прийнято рішення замінити розподільні шафи тільки п'яти силових пунктів. Вибрані розподільні шафи типу ПР 8703 - 1064 - УХЛ2.
105 |
Для вдосконалення обліку електроенергії необхідно проведення комплексної автоматизації із застосуванням комп'ютерної техніки, нових ліній передачі даних і електронних багатофункціональних счетчіков.В процесі проектування був здійснений розрахунок вартості реконструкції системи електропостачання локомотивного депо. У даному розрахунку враховувалася вартість кабелю, необхідного для прокладання мережі від підстанції ТП Депо до силових пунктам всередині депо, а також вартість розподільних шаф підлягають заміні. Витрати на реконструкцію склали 913,8563 тисяч рублей.Прі електропостачанні нетягових споживачів потрібне дотримання правил електробезпеки, сформованих на базі діючих нормативних документів. Зокрема в проекті розроблена технологічна карта безпечного виробництва робіт при заміні комплектної трансформаторної підстанції 6 кВ.Рассмотрени питання екологічної безпеки в локомотивному депо, заходи щодо зниження шкідливих викидів в атмосферу, заходи щодо утилізації відходів депо. Зроблено розрахунок викидів оксиду олова, свинцю і трихлоретилену, викликаних технологічними процесами в депо.
106 |
2. 2 Збірник технічних вказівок, інформаційних матеріалів та керівних вказівок по господарству електропостачання залізниць, розроблених у 2000 - 2004 роках. ВАТ РЖД, - М., "ТРАНСІЗДАТ", 2006 р. -512 с.
3. 3 Довідник з проектування електропостачання промислових підприємств / За ред. Ю. Г. Барибін, Л. Є. Федорова, М. Г. Зіменкова та ін М.: Вища школа, 1990. 576 с.
4. 4 Правила улаштування електроустановок. 6-е видання. М.: Головдерженергонаглядом Росії, 1998. 607 с.
5. 5 Правила улаштування електроустановок. Сьоме видання. Санкт Петербург.: Видавництво Деан, 2002. 176 с.
6. 6 Федеральний закон «Про електроенергетику» від 26 березня 2003
7. № 35 ФЗ.
8. 7 В.К. Чирков Автоматизація обліку електричної енергії в Росії і за кордоном: Лекції. - РГУПС, - 24 с.
9. 8 Енергетична стратегія ВАТ «РЖД» на період до 2010 року і на перспективу до 2020 року. М. - 2004 р. 77 с., Додатки 100 с.
10. Збірник технічних вказівок, інформаційних матеріалів та керівних документів по господарству електропостачання залізниць, розроблених у 2004 році / ВАТ РЖД. Департамент електрифікації та електропостачання. - М.: Трансіздат, 2005. - 183 с.: Іл., Табл., Дод.
11. Економіка залізничного транспорту. Під общ.ред. В.А. Дмитрієва. - М.: Транспорт. 1997.
12. Економіка підприємств з ремонту електрорухомого складу і пристроїв електропостачання / Под ред. В.А. Дмитрієва. - М.: Транспорт, 1983.
13. Прайс - листи фірм, які виробляють електротехнічну продукцію.
14. Долін П.А. Основи техніки безпеки в електроустановках: Навчальний посібник для вузів. - 2-еізд., Перераб. і доп. - М.: Вища школа, 1984;
15. Міжгалузеві правила по охороні праці (правила безпеки) при експлуатації електроустановок. - М.: Видавництво НЦ ЕНАС, 2001.
16. Збірник матеріалів з охорони праці в господарстві електропостачання залізниць РФ / Департамент електрифікації та електропостачання МПС РФ. М.: ТРАНСІЗДАТ, 1998.
17. Технологічні карти на роботи з утримання та ремонту пристроїв контактної мережі електрифікованих залізниць. Книга 3. Технічне обслуговування, поточний та капітальний ремонт лінійних пристроїв нетягових енергопостачання на опорах контактної мережі і самостійних опорах на обходах. М.: Трансіздат, 2000.
18. Охорона атмосфери і пропозиції щодо гранично допустимих викидів та тимчасово-узгоджених викидів для локомотивного депо на станції Отрожка ЮВЖД.
19. Проект нормативів ПДВ локомотивного депо «Отрожка» ЮВЖД м. Воронеж - 1993 рік.
20. СанПіН 2.2.1/2.1.1.1200-03.
21. Закон РФ «Про охорону навколишнього середовища» № 7 ФЗ.
22. Збірник методик з розрахунку різними виробництвами викидів в атмосферу забруднюючих речовин. Держкомгідромет, 1986 р. 186 с.
23. Методичні вказівки проведення інвентаризації викидів забруднюючих речовин для автомобільних підприємств. М. 1991 р.