Metalo apdorojimo cecho elektros sistema (kursinis darbas)

METALO APDOROJIMO CECHO ELEKTROS SISTEMA

Užduotis:

Duotam pramonės įmonės metalo apdirbimo cechui suprojektuoti elektros energijos tiekimo schemą. Numatyti skirstomųjų punktų skaičių ir jų įrengimo vietas. Pagal įšilimo sąlygas parinkti maitinimo bei įvadinių tinklų laidus ar kabelius. Aprašyti jų tipą bei paklojimo būdą. Suprojektuoti atvadą (parinkti transformatorių ir įvadinį kabelį). Parinkti apsauginę komutacinę aparatūrą bei paskirstymo įrenginius. Atlikti skaičiavimo patikrinimą pagal leistinus įtampos nuostolius. Numatyti reaktyvios galios kompensavimo priemones.
Įrenginių sąrašas:

Įrenginys	Eil. Nr.	An , Bn	Pn, kW	cosjn	Ip/In	h%	Montavimo aukštis, m
Ištraukiamasis ventiliatorius	1	12;0	0,3	0,78	3,8	68,5	3
Suvirinimo transf.	2	3;2	S=12kVA	0,6	-	79	0
Suvirinimo transf.	3	10;22	S=9kVA	0,68	-	81	0
Metalo apdirbimo staklės	4	3;8	12	0,91	7	85	0
Metalo apdirbimo staklės	5	11;18	7,5	0,89	7,5	82,5	0
Metalo apdirbimo staklės	6	12;5	2,4	0,9	6	79	0
Metalo apdirbimo staklės	7	13;13	11	0,88	6,2	86	0
Metalo apdirbimo staklės	8	3;14	5,5	0,88	6,5	84,5	0
Metalo apdirbimo staklės	9	6;18	4	0,87	7,2	84	0
Metalo apdirbimo staklės	10	10;11	1,2	0,86	5,5	76,5	0
Metalo apdirbimo staklės	11	7,7	3,5	0,9	7	89	0
Metalo apdirbimo staklės	12	1;18	21	0,87	7,5	91	0
Metalo apdirbimo staklės	13	4;22	15	0,89	7,5	80,5	0
Karšto vandens ruošimo įrenginys	14	0;23	3	1	-	88	2,5

Darbo eiga:

1. Cecho elektros tinklo schemos sudarymas.

Parenkame radialinę maitinimo schemą. Pagal užduotį patalpoje išsidėstome visus įrengimus ir numatome įvadinį apskaitos paskirstymo skydą, bei skirstomuosius punktus (SP-1, SP-2, SP-3). Kabelius, maitinančius skirstomuosius punktus, klojame ore, montažiniuose loviuose. Kabelius, maitinančius imtuvus, klojame grindyse ir apsaugome vamzdžiais.
Pasirenkame TNC sistemą – tai elektros tinklo sistema, kurioje vienas šaltinio taškas (neutralė trifaziame tinkle) yra tiesiogiai įžemintas. Nulinio laido ir apsauginio laido funkcijas atlieka vienas laidas PEN.

2. Metalo apdorojimo cecho galios tinklo apkrovų skaičiavimas.

Kiekvieno skirstomojo punkto elektros įrenginius sugrupuojame pagal išnaudojimo koeficientą. Visoms elektros įrenginių grupėms iš žinyno parenkame cosj ir atitinkamai tgj. Imtuvų grupėms apskaičiuojame suminę aktyviąją galią, vidutinę aktyviąją galią bei vidutinę reaktyviąją galią.
Skaičiavimo pavyzdžiai SP-1 skirstomajam punktui:

Suvirinimo transformatorius (įrenginys Nr. 3):

čia:
Pn-elektrinio įrenginio nominali aktyvioji galia;
Kiš-įrenginių išnaudojimo koeficientas;
Sn- elektrinio įrenginio nominali pilnoji galia;
cosφn-galios koeficientas iš žinyno;
Kiš-išnaudojimo koeficientas iš žinyno.

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 5):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 7):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 10):

Skaičiavimo pavyzdžiai SP-2 skirstomajam punktui:

Ištraukiamasis ventiliatorius (įrenginys Nr. 1):

Suvirinimo transformatorius (įrenginys Nr. 2):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 6):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 11):

Skaičiavimo pavyzdžiai SP-3 skirstomajam punktui:

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 4):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 8):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 9):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 12):

Metalo apdirbimo staklės (įrenginys Nr. 13):

Karšto vandens ruošimo įrenginys (įrenginys Nr. 14):

Išnaudojimo koeficientai:

Skaičiavimo rezultatus pateikiame 1-oje lentelėje.

1 lentelė. Metalo apdorojimo cecho galios tinklo apkrovos.

Maitinimo mazgų ir imtuvų grupių pavadinimas	Elektros įrenginių skaičius, n	Nustatyta galia, esant ilgalaikiam darbo režimui		Išnaudojimo faktorius, kiš	Galios koeficientas		Vidutinė galia per maksimaliai apkrautą pamainą
		Vieno elektros imtuvo galia Pn, kW	Bendra imtuvų grupės galia , kW				Aktyvioji Pvid, kW	Reaktyvioji Qvid, kvar
Skirstomasis punktas SP-1
Suvirinimo transformatorius	1	6,12	6,12	0,2	0,4	2,29	1,224	2,8
Metalo apdirbimo staklės	3	1,2÷11	19,7	0,14	0,5	1,731	2,758	4,77
Viso:	4	1,2÷11	25,82	0,154	0,4÷0,5	1,731÷2,29	3,982	7,57
Skirstomasis punktas SP-2
Ištraukiamasis ventiliatorius	1	0,3	0,3	0,6	0,8	0,751	0,18	0,135
Suvirinimo transformatorius	1	7,2	7,2	0,2	0,4	2,29	1,44	3,3
Metalo apdirbimo staklės	2	2,4÷3,5	5,9	0,14	0,5	1,731	0,826	1,43
Viso:	4	0,3÷7,2	13,4	0,179	0,4÷0,8	0,751÷2,29	2,401	4,865
Skirstomasis punktas SP-3
Metalo apdirbimo staklės	5	4÷21	57,5	0,14	0,5	1,731	8,05	13,93
Karšto vandens ruošimo įrenginys	1	3	3	0,75	0,95	0,329	2,25	0,74
Viso:	6	3÷21	60,5	0,17	0,5÷0,95	0,329÷1,73	10,3	14,67
Viso cecho galios tinklas
Iš viso:	14	0,3÷21	99,72	0,167	0,4÷0,95	0,329÷2,29	16,683	27,105

3. Skaičiuojamųjų galios ir apkrovos srovių skaičiavimas.

Paskaičiuojame efektinį imtuvų skaičių Nef.. Efektinis skaičius nustatomas remiantis šiais duomenimis:
a.) Elektros imtuvų, prijungtų prie maitinimo šaltinio, skaičius n.
b.) Kadangi efektinis imtuvų skaičius nustatomas grupei elektros imtuvų, kurie jungiami prie skirstomojo punkto, tai būtina įvertinti jėgos surinkimo rodiklį m. Jis lygus didžiausio elektros imtuvo vardinės galios santykiui su mažiausio elektros imtuvo vardine galia.
c.) Vidutinis skirstomojo punkto išnaudojimo koeficientas Kiš.SP-N.
d.) Pavienio elektros imtuvo vardinė aktyvioji galia Pn.

Skaičiavimo pavyzdžiai SP-1 skirstomajam punktui:

Elektros imtuvų skaičius n=4 (n<5);
Kiš.vid.=0,154 (Kiš.vid.≤0,2);
(m≥3);
Pn≠const.

Pagal šias sąlygas apskaičiuojame Nef:

.

Kmax parenkame iš žinyno pagal išnaudojimo koeficientą Kiš ir efektinį skaičių Nef : Kmax=3,11.

Aktyvioji galia Psk=Kmax*Pvid.SP-1=3,11*3,982=12,348kW.

Reaktyvioji galia Qsk.SP-1=1,1Qvid, nes Nef<10.

Qsk.SP-1=1,1*7,57=8,327kVar.

Skaičiuojamoji pilnoji galia:

Skaičiuojame skirstomojo punkto srovę:

Gautus visus skaičiavimo rezultatus pateikiame 2-oje lentelėje.

2 lentelė. Skaičiuojamosios galios ir apkrovos srovės.

Skaičius m	Elektros įrenginių efektinis skaičius Nef	Maksimumo faktorius Kmax	Skaičiuojamosios galios			Skaičiuojamoji srovė Isk, A
			Aktyvioji Psk, kW	Reaktyvioji Qsk, kvar	Pilnoji Ssk, kVA
Skirstomasis punktas SP-1
>3	3,08	3,11	12,348	8,327	14,923	21,540
Skirstomasis punktas SP-2
>3	2,57	2,90	6,963	5,352	8,782	12,675
Skirstomasis punktas SP-3
>3	4,20	2,45	25,235	16,137	29,953	43,234
Viso cecho galios tinklas
>3	9,24	1,77	29,529	29,816	41,963	60,569

4. Kabelių, maitinančių elektros imtuvus, parinkimas.

Kabeliai bus klojami, cecho grindyse, vamzdžiuose. Elektros įrenginių prijungimui prie skirstomųjų punktų naudosime monolitinius kabelius NYM-J. Trumpa šių kabelių charakteristika:
instaliaciniai laidai NYM-J su polivinilo izoliacija skirti pastoviam instaliavimui sausose ir drėgnose patalpose virš tinko, po tinku ir vamzdžiuose. Standartas: DIN VDE 0250 – 204; vardinė įtampa: 300/500 V; laidininkas: vienavielė varinė gysla (VDE 0295, 1 kl. ir 2 kl.); izoliacija: polivinilchlorido plastikas; išorinis apvalkalas: polivinilchlorido plastikas (baltos, pilkos spalvos);užpildas: ekstruzinis kompaundas; darbo temperatūra: nuo -40°C iki +70°C.

Apskaičiuojame kiekvieno elektros įrenginio vardinę srovę ilgalaikio darbo metu:

a.) visų tipų elektros imtuvams, turintiems vieną variklį:

;

b.) elektros įrenginiams, kurių naudingumo koeficientas lygus 1:

;

c.) įrenginiams, užduotiems pilnąja galia:

;

čia:
Pn – įrenginio vardinė galia;
Un – vardinė įtampa;
cos φ – galios koeficientas;
η – naudingumo koeficientas;
Sn-pilnoji galia.

Gautus visus skaičiavimo rezultatus pateikiu 3 lentelėje.

Pagal elektros įrenginio ilgalaikio darbo vardinę srovę iš žinyno parenkame reikalingo skerspjūvio ploto kabelį.
Nustatome leistiną kabelio srovę:
Ikab.leist=Kpak1*Kpak2*Ikab, čia:

Ikab.leist-leistina paskaičiuota kabelio srovė;
Kpak1-koeficientas, nusakantis kabelio paklojimo būdą;
Kpak2- koeficientas, įvertinantis paklotų kabelių skaičių viename lovyje;
Ikab-leistina kabelio srovė iš kabelių katalogo.

Kiekvienam parinktam kabeliui patikriname nelygybę:
Ikab.leist≥In

Pateikiame skaičiavimo pavyzdžius 1-am elektros įrenginiui-ištraukiamajam ventiliatoriui:

Pagal šią srovę parenkame kabelį NYM-J (4×1,5mm2). Leistina kabelio srovė Ikab iš katalogo yra 25A. Paskaičiuojame leistiną kabelio srovę, įvertinant paklojimo koeficientus: Ikab.leist=Kpak1*Kpak2*Ikab=0,85*1*25=21,25A.
Patikriname: Ikab.leist≥In; 21,25A>0,81A. Sąlyga tinka, todėl paliekame pasirinktą kabelį.

Gautus visus skaičiavimo rezultatus pateikiame 3-oje lentelėje.

3 lentelė. Galios tinklo kabeliai atskiriems elektros įrenginiams.

5. Magistralinių galios tinklo kabelių parinkimas.

Parenkame magistralinius kabelius nuo įvadinio apskaitos skirstomojo punkto iki skirstomųjų punktų. Kabeliai bus klojami loviuose, pritvirtintuose prie cecho sienų, 5-ių metrų aukštyje. Parenkame kabelį pagal 2 lentelėje gautas skaičiuojamąsias sroves Isk taip pat, kaip ir renkant kabelius atskiriems elektros įrenginiams.

Skaičiavimo pavyzdžiai SP-1 skirstomajam punktui:

Skaičiuojamoji srovė Isk=21,54A. Parenkame kabelį NYM-J (4×1,5mm2) su leistina srove Ikab=25A. Paskaičiuojame leistiną kabelio srovę, įvertinant paklojimo koeficientus: Ikab.leist=Kpak1*Kpak2*Ikab=0,85*1*25=21,25A.
Patikriname: Ikab.leist≥In; 21,25A<21,54A.
Sąlyga netinka, todėl renkame kabelį NYM-J (4×2,5mm2) su leistina srove Ikab=34A. Patikriname: Ikab.leist≥In; 28,90A>21,54A.
Sąlyga tinka, todėl paliekame pasirinktą kabelį.
Gautus visus skaičiavimo rezultatus pateikiame 4-oje lentelėje.

4 lentelė. Galios tinklo magistraliniai kabeliai

6. Galios tinklo apsaugos aparatų parinkimas.

Naudojantis vardinės srovės taisykle, parenkame instaliacinius apsauginius jungiklius, kurie turi tenkinti šią sąlygas:

Čia:
In – elektrinio įrenginio nominali srovė;
Ij.n. – automatino jungiklio nominali srovė (iš katalogo);
Ikab.leist. – parinkto kabelio nominali srovė (iš katalogo).

Parinktiems automatiniams jungikliams skaičiuojame šiluminio atkabiklio srovę:

Paskaičiuojame kiekvieno įrenginio paleidimo srovę:

Čia:
Kpal. –koeficientas, parodantis kiek kartų variklio paleidimo srovė viršija nominalią srovę (iš užduoties).

Įvertinus elektrinio įrenginio paleidimo sąlygas, kiekvienam el. įrenginiui apskaičiuojame minimalią elektromagnetinio atkabiklio srovę:

Čia:
- koeficientas, įvertinantis variklio paleidimo sąlygas.
Apskaičiuojame apsauginio automatinio jungiklio elektromagnetinio atkabiklio srovę.

Parinktą automatinį jungiklį ir patikriname pagal šias nelygybes:
;

Įrenginių apsaugai naudosime „ABB“ firmos tripolius automatinius jungiklius iš serijos S 200, „C“ charakteristikos. Šie jungikliai skirti apsaugai nuo trumpo jungimo ir perkrovų.

Pateikiame skaičiavimo pavyzdžius 1-am elektros įrenginiui-ištraukiamajam ventiliatoriui:

Pagal elektrinio įrenginio nominalią srovę In (0,81A) parenkame tripolį automatinį jungiklį S203-C 1 su nominalia srove 1A (C charakteristika).

Patikriname jungiklį pagal sąlygą :
0,81≤1≤25. Sąlyga įvykdyta, pasirinktas automatinis jungiklis tinka.

Apskaičiuojame jungiklio šiluminio atkabiklio srovę:
.

Apskaičiuojame ventiliatoriaus paledimo srovę:
.

Apskaičiuojame minimalią elektromagnetinio atkabiklio srovę:
.
Apskaičiuojame automatinio jungiklio elektromagnetinio atkabiklio srovę:
.
Parinktą automatinį jungiklį ir patikriname pagal šias nelygybes:
; .

Abi sąlygos įvykdytos, pasirinktas automatinis jungiklis tinka.

Gautus visus skaičiavimo rezultatus pateikiame 5 lentelėje.

5 lentelė. Apsaugos aparatai atskiriems elektros įrenginiams.

7. Apsaugos aparatų galios tinklo magistralei parinkimas.

Pagal magistraliniams kabeliams nustatytas skaičiuojamąsias sroves Isk. parenkame instaliacinius apsauginius jungiklius pagal sąlygą Jungikliai S 200 serijos, tripoliai, su „K“ charakteristika.
Gautus rezultatus pateikiame 6 lentelėje.

6 lentelė. Apsaugos aparatai galios tinklo magistralei.

8. Paskirstymo įrenginių parinkimas.

Skirstomiesiems punktams pasirenkame firmos „ABB“ skirstomuosius skydelius.Trumpa charakteristika: „Estetica“ serija, skydeliai su permatomomis, vertikaliai atidaromomis durelėmis.Apsaugos klasė – IP40. Izoliacijos klasė-II. Darbinė temperatūra nuo -200 iki 850C. Pagaminta iš balto arba pilko plastiko, kuris atsparus degimui iki 6500C. Skydeliai taip pat atsparūs vandeniui, druskos tirpalams, alyvoms, tepalams ir ultravioletiniams spinduliams.

7 lentelė.Skirstomųjų skydelių duomenys.

9. Reaktyviosios galios kompensavimas.

Pagal visos įmonės skaičiuojamąją reaktyviąją galią parenkame „ABB“ firmos reaktyvios galios kompensavimo įrenginį. Tipas: APCL1. Matmenys-550×450x275. Masė-26kg. Kondensatoriai-LVCS tipo, sausi, su prijungtais iškrovimo rezistoriais. Apsaugos laipsnis-IP23. Aplinkos temperatūra nuo-50C iki +400C. Nuostoliai kondensatoriuose-mažiau nei 0,5W/kVar.Leistina įtampos perkrova-10% (nepastoviai). Leistina srovės perkrova-30% (pastoviai).Montavimo būdas-tvirtinamas prie sienos. Ventiliacija-natūrali (nėra įrengtų ventiliatorių). Pagrindinius įrenginio duomenis pateikiame 8 lentelėje.

8 lentelė. Reaktyvios galios įrenginio techniniai duomenys.

10. Galios transformatoriaus parinkimas.

Įvertinant penkiems metams apkrovos augimo perspektyvas 3-5% per metus, parenkame stacionarios transformatorinės galios transformatorių, jo techninius parametrus pateikiame 9 lentelėje.

9 lentelė. Galios transformatorius.

Tipas	Pilnoji galia Ssk, kVA	Transformatoriaus pilnoji galia Sn, kVA	Transformatoriaus pirminė įtampa U1, kV	Transformatoriaus antrinė įtampa U2, kV
TMG-40/10/0.4	29,53	40	10	0,4

11. Įvadinio kabelio parinkimas.

Parenkame kabelį, išeinantį iš transformatoriaus į įvadinį apskaitos paskirstymo skydą. Kabelį parenkame pagal viso cecho skaičiuojamąją srovę. Duomenis surašome į 10 lentelę.

10 lentelė. Įvadinio kabelio duomenys.

Kabelio tipas	Skaičiuojamoji srovė Isk, A	Vardinė elektros įtampa Un, kV	Kabelio leistina elektros srovė Ikab, A	Kpak1	Kpak2	Paskaičiuota kabelio leistina elektros srovė Ikab.leist., A
NYM-J(4×16)	60,57	0,4	107	0,85	1	90,95

12. Įvadinio instaliacinio galios jungiklio parinkimas.

Parenkame pagal bendrą skaičiuojamąją srovę Isk. apsauginį įnstaliacinį jungiklį. Jungiklis „ABB“ firmos, tripolis su „D“ charakteristika. Jo techninius duomenis pateikiame 11 lentelėje.

11 lentelė. Įvadinio instaliacinio galios jungiklio duomenys.

13. Srovės transformatorių ir elektros energijos skaitiklio parinkimas.

Ant įvadinio kabelio šynų įrengiame firmos „Elfita“ srovės transformatorius, kurių techninius duomenis pateikiame 12 lentelėje.

12 lentelė. Apskaitos srovės transformatoriaus duomenys.

Markė	Tipas	Vardinė pirminė srovė, A	Tikslumo klasė	Vardinė antrinė apkrova, kai cosφ=0,8VA
TAL-0,72N3	Atraminis	75	0,5	5

Apskaitos skyde įrengiame firmos „Elgama“ EPQM trifazį daugiafunkcinį elektros energijos skaitiklį su vardine srove-5A.
14. Įtampos nuostolių skaičiavimas.

Leistini įtampos nuostoliai tinkle yra ±5%. Nuostolius skaičiuojame pagal formulę: ,
kur rn ir xn – laidininko aktyvi ir induktyvi varžos. Šios varžos randamos pagal formules:

rn=r0l ; xn=x0l ,

kur r0 ir x0 – laidininko vieno kilometro aktyvi ir induktyvi varžos; l – ilgis kilometrais.

Apskaičiuojame įtampos nuostolius labiausiai nutolusiam įrenginiui – įrenginiui Nr. 6 (metalo apdirbimo staklės).

Įtampos kritimas nuo įrenginio iki skirstomojo punkto:

rn=r0l=12,1*0,01=0,121Ω ; xn=x0l=12,1*0,01=0,121Ω,

Įtampos kritimas nuo skirstomojo punkto iki įvadinio apskaitos skirstomojo skydo:

rn=r0l=7,41*0,0325=0,241Ω ; xn=x0l=7,41*0,0325=0,241Ω,

.

Įtampos kritimas nuo įvadinio apskaitos skirstomojo skydo iki transformatoriaus:

rn=r0l=1,15*0,004=0,0046Ω ; xn=x0l=1,15*0,004=0,0046Ω

ΔU= ΔU1+ΔU2+ΔU3=1,36+7,41+0,68=9,46V.

ΔU=(9.46/400)*100%=2.37%.

Apskaičiuojame įtampos nuostolius galingiausiam įrenginiui – įrenginiui Nr. 12 (metalo apdirbimo staklės).

Įtampos kritimas nuo įrenginio iki skirstomojo punkto:

rn=r0l=3,08*0,004=0,0123Ω ; xn=x0l=3,08*0,004=0,0123Ω

Įtampos kritimas nuo skirstomojo punkto iki įvadinio apskaitos skirstomojo skydo:

rn=r0l=3,08*0,0115=0,0354Ω ; xn=x0l=3,08*0,0115=0,0354Ω

Įtampos kritimas nuo įvadinio apskaitos skirstomojo skydo iki transformatoriaus:

rn=r0l=1,15*0,004=0,0046Ω ; xn=x0l=1,15*0,004=0,0046Ω

ΔU= ΔU1+ΔU2+ΔU3=1,11+3.66+0,68=5,46V.

ΔU=(5.46/400)*100%=1.37%.

Naudotos literatūros sąrašas:

• Б.Ю.Липкин „Электроснабжение промышленных предприятий и установок“; leidykla „Высшая школа“, Maskva.
• http://www.anaperena.lt/produktai/technine_literatura/izeminimo_bendrieji_reikalavimai.htm
• http://www.ardena.lt/laidai/6-2_7.html
• http://www.tss.ru/nclist/450.phtml
• http://www.abb.com/product/seitp329/19130a55833d8efdc1256e89004019e9.aspx
• http://library.abb.com/GLOBAL/SCOT/SCOT209.nsf/VerityDisplay/6FB01B177DCDFADAC1257156004A7D6F/$File/2GCS301015A0040-APC%20Pamphlet%20en.pdf
• http://library.abb.com/GLOBAL/SCOT/SCOT209.nsf/VerityDisplay/9F308B758D017018C12571F000338E12/$File/1SLC001001D0202.pdf

Susiję įrašai:

• Ritė su plieno šerdimi (laboratorinis darbas)
• Selsinai (laboratorinis darbas)
• Sinchroninių generatorių sinchronizavimo būdai (laboratorinis darbas)
• Srovės, tekančios per žmogų, skaičiavimas (namų darbas)
• Srovės skirtuminės apsaugos tyrimas (laboratorinis darbas)