ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10070| Title: | Система електропостачання глиноземного комбіната |
| Authors: | Ткаченко, Валентин Федорович Біленко, Артьом Віталійович |
| Keywords: | електричні навантаження;схема живлення |
| Issue Date: | Jun-2026 |
| Abstract: | В даній випускній кваліфікаційній роботі бакалавра детально розглянуті питання проектування електропостачання глиноземного комбіната. Було проведено: розрахунок електричних навантажень, вибір схеми живлення підприємства та розрахунок живлячої мережі, вибір трансформаторів і засобів компенсації реактивної потужності, вибір схеми внутрішньозаводського електропостачання, розрахунок струмів к.з., вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП та високовольтної апаратури, перевірки кабельних ліній, розрахунок системи електропостачання цеху. .В індивідуальному завданні розглянуто конструкторське рішення щодо застосування високоефективного способу очищення пилових атмосферних викидів глиноземного виробництва. В економічному розділі пояснювальної записки визначено економічний ефект від впровадження мікропроцесорної схеми керування електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів цеху грануляційного спікання. В розділі з охорони праці розглянуто можливість модернізації системи загального штучного освітлення. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10070 |
| Appears in Collections: | 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (Електротехнічні системи електроспоживання) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| ВКРБ_Біленко (5).pdf Restricted Access | 3.36 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)
«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Валентин ТКАЧЕНКО
______________________
“_____” __________2026 р.
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи
б а к а л а в р
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
ЧДТУ А1 22315 94/03-03
на тему:
«Система електропостачання глиноземного комбіната»
(назва теми згідно з наказом)
Виконав: здобувач вищої освіти 4 курсу,
групи ЕСЕ – 22
Спеціальності:
141 «Електроенергетика, електротехніка та
електромеханіка»
(шифр і назва спеціальності)
Біленко Артьом Віталійович
(прізвище, ім’я, по батькові здобувача вищої освіти)
Керівник _____________ _Валентин Ткаченко__
(Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
Рецензент ____________ _____________________
(Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших авторів
без відповідних посилань
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)
Черкаси 2026 року
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва)
Спеціальність: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри ЕТС
Валентин ТКАЧЕНКО
______________________
“_____” __________2026 р.
З А В Д А Н Н Я
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ
Біленку Артьому Віталійовичу
(прізвище, ім’я, по батькові здобувача вищої освіти)
1. Тема кваліфікаційної роботи
«Система електропостачання глиноземного комбіната»
Керівник кваліфікаційної роботи Ткаченко Валентин Федорович, к.т.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету від
« 13 » квітня 2026 року № 94/03-03
2. Строк подання кваліфікаційної роботи здобувачем вищої освіти ____________________
3. Вихідні дані до кваліфікаційної роботи: 1. Тип системи електропостачання –
централізована; 2. Клас напруги ГПП – 110/10 кВ; 3. Встановлена потужність підприємства –
10203,9 кВт; 4. Потужність КЗ на шинах енергосистеми – 2600 МВА; 5. Розміри цеху –
66х66х6 м; 6. Кількість електроприймачів цеху – 48 шт; 7. Встановлена потужність силових
електроприймачів цеху – 2455 кВт; 8. Індивідуальне завдання – Застосування
високоефективного способу очищення пилових атмосферних викидів глиноземного
виробництва; 9. Техніко-економічні розрахунки – Визначення економічного ефекту від
впровадження мікропроцесорної схеми керування електрофільтром очищення від пилу
атмосферних викидів цеху грануляційного спікання; 10. Охорона праці – Модернізація
системи загального штучного освітлення.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить
розробити)
1 Умови проектування
2 Розрахунок електричних навантажень
3 Вибір і обґрунтування схеми живлення підприємства. Розрахунок живлячої мережі
4 Вибір трансформаторів і засобів компенсації реактивної потужності
5 Вибір схеми внутрішньозаводського електропостачання напругою 10 кВ
6 Розрахунок струмів короткого замикання в мережах вище 1000 В
7 Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП. Вибір високовольтної апаратури.
Перевірка кабельних ліній
8 Розрахунок системи електропостачання цеху
9 Індивідуальне завдання – Застосування високоефективного способу очищення пилових
атмосферних викидів глиноземного виробництва
10 Техніко-економічні розрахунки – Визначення економічного ефекту від впровадження
мікропроцесорної схеми керування електрофільтром очищення від пилу атмосферних
викидів цеху грануляційного спікання
11 Охорона праці.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень,
плакатів)
1 Генплан підприємства
2 Однолінійна схема ГПП 110/10 кВ
3 План ГПП 110/10 кВ
4 Однолінійна схема електропостачання цеху
5 План живлячих та розподільчих мереж цеху
6 Однолінійна схема КТП
7 Вид та план КТП
6. Консультанти розділів кваліфікаційної роботи
Розділ Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
консультанта завдання видав завдання прийняв
Охорона праці ст. викл. Олексій КОЖЕМ´ЯКІН
7. Дата видачі завдання до кваліфікаційної роботи 14 квітня 2026 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів виконання кваліфікаційної роботи Строк виконання
з/п етапів кваліфікаційної Примітка
роботи
1 Умови проектування 14.04.26 – 17.04.26
2 Розрахунок електричних навантажень 18.04.26 – 22.04.26
3 Вибір і обґрунтування схеми живлення 23.04.26 – 27.04.26
підприємства. Розрахунок живлячої мережі
4 Вибір трансформаторів і засобів компенсації 28.04.26 – 01.05.26
реактивної потужності
5 Вибір схеми внутрішньозаводського 02.05.26 – 05.05.26
електропостачання напругою 10 (6) кВ
6 Розрахунок струмів короткого замикання в 06.05.26 – 10.05.26
мережах вище 1000 В
Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП. 11.05.26 – 15.05.26
7 Вибір високовольтної апаратури. Перевірка
кабельних ліній.
8 Розрахунок системи електропостачання цеху 16.05.26 – 20.05.26
9 Індивідуальне завдання 21.05.26 – 24.05.26
10 Техніко-економічні розрахунки елементів СЕП 25.05.26 – 28.05.26
промислового підприємства
11 Охорона праці 29.05.26 – 30.05.26
12 Виконання креслень графічної частини роботи 31.05.26 – 03.06.26
13 Підготовка доповіді та супровідних документів, 04.06.26 – 05.06.26
збір необхідних підписів
Здобувач вищої освіти-дипломник ________________ Артьом БІЛЕНКО
(підпис) (Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
Керівник кваліфікаційної роботи ________________ Валентин ТКАЧЕНКО .
(підпис) (Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ)
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ . 6
1 УМОВИ ПРОЄКТУВАННЯ .................................................................................... 7
1.1 Характеристика об'єкта проєктування .............................................................. 8
1.2 Характеристика споживачів електричної енергії цеху грануляційного
спікання ...................................................................................................................... 9
1.3 Характеристика цехів об'єкта, особливості їх електропостачання .............. 11
1.4 Характеристика джерела живлення ................................................................ 11
2 РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ .......................................... 12
2.1 Розрахунок цехових навантажень від силових електроприймачів .............. 13
2.2 Особливості визначення розрахункових електричних навантажень від
однофазних електроприймачів .............................................................................. 22
2.3 Визначення розрахункових електричних навантажень від освітлювальних
систем ....................................................................................................................... 26
2.4 Розрахунок електричних навантажень на шинах 0,4 кВ цехової підстанції
................................................................................................................................... 27
2.5 Визначення електричних навантажень на вищих рівнях системи
електропостачання .................................................................................................. 28
2.6 Картограма та положення центру електричних навантажень цеху та
підриємства. Вибір місця розташування трансформаторних підстанцій ......... 30
3 ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ СХЕМИ ЖИВЛЕННЯ ПІДПРИЄМСТВА.
РОЗРАХУНОК ЖИВЛЯЧОЇ МЕРЕЖІ..................................................................... 33
3.1 Вибір і обґрунтування схеми живлення заводу ............................................. 33
3.2 Розрахунок перерізу живлячої мережі ............................................................ 34
3.3 Визначення втрат напруги від системи до ГПП ............................................ 38
4 ВИБІР ТРАНСФОРМАТОРІВ І ЗАСОБІВ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ
ПОТУЖНОСТІ ........................................................................................................... 44
4.1 Вибір трансформаторів головної понижуючої підстанції ............................ 44
4.2 Вибір числа та потужності цехових трансформаторів з врахуванням
компенсації реактивної потужності ...................................................................... 47
4.3 Компенсація реактивної потужності на підприємстві .................................. 50
5 ВИБІР СХЕМИ ВНУТРІШНЬОЗАВОДСЬКОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ
НАПРУГОЮ 10 (6) кВ ............................................................................................... 52
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ
Ли Зм. № докум. Підпис Дата
Роз ро б. Біленко А.В. Літера Аркуш Аркушів
Перев. Ткаченко В.Ф. Система 3 122
Т. контр. електропостачання
Н. контр. Ключка К.М. глиноземного комбіната ФЕТАМ, ЕСЕ-22
Затв. Ткаченко В.Ф.
Инв. № подп Подп. и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подп. и дата
5.1 Вибір і обґрунтування схеми і конструкції внутрішньозаводської мережі 52
5.2 Розрахунок перерізу розподільчих мереж ...................................................... 53
6 РОЗРАХУНОКСТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В МЕРЕЖАХ ВИЩЕ
1000В ........................................................................................................................... 57
6.1. Вихідні дані для розрахунків .......................................................................... 57
6.2. Розрахунок струмів з трифазного короткого замикання в характерних
точках ....................................................................................................................... 58
6.3 Розрахунок струму однофазного короткого замиканняв мережі 110 кВ .... 62
7 ВИБІР ТИПУ ТРАНСФОРМАТОРНОЇ ПІДСТАНЦІЇ ДЛЯ ГПП. ВИБІР
ВИСОКОВОЛЬТНОЇ АПАРАТУРИ. ПЕРЕВІРКА КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ ........... 65
7.1 Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП ....................................... 65
7.2 Вибір високовольтних апаратів РУВН ........................................................... 65
7.3 Вибір апаратів розподільчої установки РУНН .............................................. 66
7.4 Вибір трансформаторів струму ....................................................................... 67
7.5 Вибір трансформаторів напруги...................................................................... 69
7.6 Перевірка кабелів на термічну стійкість ........................................................ 69
8 РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЦЕХУ ......................... 70
8.1 Вибір схеми і конструкції електричних мереж цеху ..................................... 70
8.2 Розрахунок внутрішньоцехових освітлювальних систем ............................. 71
8.2.1 Загальні відомості ....................................................................................... 71
8.2.2 Розрахунок освітленості ............................................................................ 73
8.2.3 Електропостачання освітлювальних установок ...................................... 76
8.2.4 Розрахунок освітлювальної мережі за втратами напруги ...................... 80
8.3 Розрахунок цехової електричної мережі по умовам нагріву ........................ 82
8.3.1 Особливості розрахунку цехових електричних мереж .......................... 83
8.3.2 Розрахунок електричної мережі напругою до 1 кВ за умовами нагріву
та захисту .............................................................................................................. 84
8.3.3 Розрахунок електричної мережі за втратами напруги ............................ 87
8.3.4 Вибір низьковольтних комплектних установок НКУ ............................ 89
8.4 Розрахунок струмів короткого замикання мережі до 1000В ........................ 91
8.5 Захист цехових електричних мереж ............................................................... 94
8.5.1 Вибір апаратів захисту ............................................................................... 94
8.6 Вибір відпайок трансформатора цехової трансформаторної підстанції ..... 96
8.7 Вибір типу, конструкції та компоновки трансформаторної підстанції ...... 97
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
9 ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ – Застосування високоефективного способу
очищення пилових атмосферних викидів глиноземного виробництва .............. 101
9.1. Технологія перероблення каолінової сировини.......................................... 101
9.2. Електрофільтрація промислового пилу ....................................................... 105
9.3 Розробка мікропроцесорної схеми керування електрофільтром очищення
від пилу атмосферних викидів цеху грануляційного спікання ........................ 107
10 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ ЕЛЕМЕНТІВ СЕП
ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА – визначення економічного ефекту від
впровадження мікропроцесорної схеми керування електрофільтром очищення
від пилу атмосферних викидів цеху грануляційного спікання ........................... 111
11 ОХОРОНА ПРАЦІ .............................................................................................. 113
11.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на працівників
дослідницької лабораторії .................................................................................... 113
11.2 Модернізація системи загального штучного освітлення .......................... 117
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................ 122
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ
ВН – висока напруга
ГПП – головна понижуюча підстанція
ЕН – електричне навантаження
ЕП – електроприймачі
КЗ – коротке замикання
КРП – комплектно розподільчий пристрій
КТП – комплектна трансформаторна підстанція
ЛЕП – лінія електропередачі
НБК – низьковольтна батарея конденсаторів
НКУ – низьковольтна комплектна установка
ПЛ – повітряні лінії
ПРА – пускорегулююча апаратура
ПУЕ – правила улаштування установок
РП – розподільчий пункт
РПС – районна підстанція
СЕП ПП – система електропостачання промислового підприємства
ТЕР – техніко-економічні розрахунки
ТП – трансформаторна підстанція
ЦЕН – центр електричних навантажень
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1 УМОВИ ПРОЄКТУВАННЯ
Система електропостачання промислового підприємства складається з
мереж напругою до 1 кВ та вище, головної понижуючої підстанції,
розподільчих пунктів, трансформаторних підстанцій та силових пунктів у цехах.
Призначена система для забезпечення вимог виробництва в передачі
електроенергії від джерела живлення до місця споживання її у відповідній
кількості та якості [1, 2].
Як відомо [3, 4], системи електропостачання промислових підприємств
можна умовно поділити на три типи: ізольовані, централізовані та комбіновані.
Згідно з завданням на дипломне проєктування система електропостачання
промислового підприємства має бути централізованою.
Згідно плану розташування основних і допоміжних цехів, можна розбити
територію комбінату на категорії, що до надійності енергозабезпечення.
Згідно правил улаштування електроустановок ПУЕ (глава 1.2.17 – 1.2.20),
до 1-ї категорії надійності електропостачання відносяться лише ті
електроприймачі, перерва в електропостачанні яких може викликати небезпеку для
життя і здоров'я людей чи нанести значний збиток, зв'язаний з ушкодженням
устаткування, масовим браком продукції чи тривалим розладом складного
технологічного процесу. Споживачі першої категорії знаходяться в усіх
виробничих цехах комбінату, а також в котельній та на насосній станції. Тільки ці
електроприймачі будуть забезпечуватися живленням від двох незалежних джерел,
і перерва їхнього електропостачання допускається лише на час автоматичного
включення резерву.
До споживачів 2-ї та 3-ї категорій відносяться: усі виробничі цехи та
станція водопідготовки. Перерва в роботі цих об’єктів, не приведе до зупинки
технологічного процесу, псування обладнання, погіршення екологічного стану чи
виникнення загрози для людського життя.
У визначенні незалежного джерела для живлення споживачів першої
категорії згідно ПУЕ сказано, що таким є джерело, "на якому зберігається напруга
при зникненні її на інших джерелах". При цьому, зрозуміло, що напруга цього
джерела повинна бути на рівні достатньому для усталеної роботи
електроприймачів протягом часу дії релейних захистів і автоматики в живильній
енергосистемі комбінату.
Основним фактором, що впливає на ступінь резервування, є питома вага
електроприймачів різних категорій. Якщо переважають навантаження 1-ї і 2-ї
категорій, то автоматичне резервування потрібно передбачати, починаючи з вищих
ступіней електропостачання. Якщо ж питома вага електроприймачів 1-ї категорії
невелика, то доцільні більш дешеві рішення за допомогою резервних перемичок
невеликої потужності. Іноді таке резервування розумно робить не на підстанції,
щоб не ускладнювати її, а на цехових силових пунктах, до яких приєднані
електроприймачі 1-ї категорії. Живлення цих пунктів здійснюється від різних
підстанцій чи секцій підстанцій, і для переключення застосовується найпростіша
автоматика. Для зменшення витрат на резервування, розподіл електричних
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
навантажень по категоріях виконується по електроприймачам, а не по цехах у
цілому.
Не відповідальні споживачі третьої категорії живляться лише від одного із
вводів ГПП, та мають резервування завдяки резервній перетинці, на низькій
стороні 0,4 кВ.
1.1 Характеристика об'єкта проєктування
Комбінат, електропостачання якого ми будемо проектувати в даному
дипломному проекті займається виготовленням з каолінової глини
гранульованого сульфату алюмінію AL2O3. Також побічним продуктом є
виробництво сиштоф цементу.
Каолін з відкритих вагонів вивантажують на склад, звідкіля він подається
в бункер і перемелюється в глинорізальній машині до фракції 30-50 мм.
Перемелений каолін та розчин сульфату алюмінія потрапляє в млин вологого
помолу для приготування пульпи вологістю 50-55%. Пульпа насосом подається
в пневматичне форсунки печі киплячого шару. Зневодненнтя та гранулювання
пульпи здійснюється при 190-230 0С з використанням в якості ретуру мілких
гранул. Для класификації гранул по разміру і відбору фракції 1-3 мм. в
грануляційну колону подають повітря від компресора. Гранули з колони
потрапляють крізь шлюзовий отвір в пічь киплячогоо шару, де обжигаются при
560-580 0С при цьому виникає зневоднення сульфату алюмінію по реакції:
Al2(SO4)3*nH2O = Al2(SO4)3+nH2O.
При цьому також каолініт перетворюється в метакаолініт. Запечені
гранули з печі вивантажуються крізь шлюзовий отвір в холодильник киплячого
шару, звідкіля після охолодженняя до 80-100 0С транспортується в бункер, а
потім на кислотне розкладання. Запечені гранули з бункеру подаются в
барабанний апарат безперервної дії. Назустріч гранулам, що рухаються в
реактор подається сірчана кислота та вода з напірних баків крізь дозуючий
пристрій. Кислота дозується з розрахунку 95-97% стехіометричної кількості. В
барабаному апараті безперервно одночасно утворюється три операції: кислотна
екстракція алюмінію з метакаолініту, промивання та затвердіння
кремнеземистого шламу - сиштофу. Температура сірчанокислотної екстракції
100-110 0С, на протязі 1-1,5 години. Концентрований розчин сульфату алюмінія
з вмісткістю 12-13% Al2O3 і до 4% нерозчинного залишку зливають в збірник
продукту і насосом подают на контрольне фільтрування. Відфільтрований
розчин насосом подається в пневматичні форсунки гранулятора киплячого
шару. Грануляційну сушку здійснюють в діапазоні температур 170-190 0С. В
результаті сушки отримують частково зневоднений гранульований сульфат
алюмінію з вмісткістю 22-26% Al2O3. Гранули охолоджуються до 80 0С в
холодильнику киплячого шару і потім крізь шлюзовый отвір системою
конвеєрів транспортують в бункерний склад, з якого відвантажують до вагонів
для відправки споживачам.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Живлення усіх цехів комбінату виконано по радіальній схемі розподілу
електроенергії. Основним чинником, в застосуванні такої схеми, є наявність на
території комбінату цехів, обладнання котрих відносяться до першої категорії
енергозабезпечення, а також із за зручності проведення ремонтних робіт ліній
живлення цехів.
Основним високовольтним обладнанням комбінату є сім цехових
трансформаторних підстанцій.
Для забезпечення сталого рівня безпеки, як навколишнього середовища,
так і працівників, ми забезпечили надійне та безперервне живлення комбінату
від власної головної понижуючої підстанції (ГПП), що буде розташована в
центрі теоретичного навантаження комбінату. Живлення ГПП, згідно ПУЕ
(глава 4.2), здійснено від двох не залежних вводів районних розподільчих
пунктів, по повітряним лініям. Така схема живлення є надійною, та має зручні
ремонтно-налагоджувальні характеристики..
1.2 Характеристика споживачів електричної енергії цеху грануляційного
спікання
Силові електроприймачі цеху грануляційного спікання живляться
трифазним змінним струмом промислової частоти 50 Гц номінальною напругою
380 В. Однофазне обладнання складається з малопотужних установок, що
включені на фазу 220 В. Вищих гармонік при експлуатації обладнання не
виникає. Встановлена потужність та інші характеристики приведено у таблиці
1.1.
В цеху грануляційного спікання на рівні технологічних зв’язків
здійснюється відповідне резервування.
Основне обладнання цеху відноситься до ІІ категорії. Як відомо [1], до ІІ
категорії слід відносити обладнання без якого не можливе продовження роботи
основного виробництва на час після аварійного режиму.
Обладнання цеху розташовано з урахуванням технологічних особливостей
виробничих процесів.
Таблиця 1.1 – Відомості про електричні навантаження цеху
№ Кількість, Встановлена
cosϕ
поз. Електроприймач шт. потужність,
кВт
1 2 3 4 5
Силові трифазні електроприймачі напругою 380 В
1 Конвеєр відвантажувальний 2 55 0,75
2 Бункер швидкого охолодження 2 64 0,54
3 Шафа засувок печі №2 2 11,5 0,67
4 Вентилятор приточний 8 17,5 0,57
5 Насос розчину сульфату амонію 4 75 0,59
6 Вентилятор витяжний 12 3 0,54
7 Шафа засувок печі №1 4 8,7 0,65
8 Шафа керування електрофільтрами 1 3,2 0,65
9 Вентилятор грануляційної колони 2 250 0,54
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Продовж. табл. 1.1
1 2 3 4 5
10 Зворотній шнековий транспортер 1 42 0,75
11 Конвеєр завантаження каолінової 75
пульпи 2 0,62
12 Млин волого помолу 2 210 0,54
13 Компресор 2 84 0,70
14 Насос водяний 4 100 0,65
Σ = 48
Однофазні електроприймачі
1 Зварювальний апарат гуми 3 7,2 0,72
2 Універсальний верстат 3 7,2 0,72
Σ = 6
Виробниче електрообладнання отримує живлення від власних розподільних
пунктів (РП).
План цеху та схема розташування обладнання наведені на листі 5 графічної
частини, а також представлені на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1 – План цеху та розташування обладнання
Особливостями розташування обладнання у примащені цеху є такі, що
потребують практично рівномірну освітленість цеху.
Проектом передбачено загально-виробниче освітлення 380/230 В, та
аварійне освітлення 230 В.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розміри цеху, електропостачання якого ми будемо розраховувати,
складають :становлять 66×66×6, з площею освітлення S=4356 м2
1.3 Характеристика цехів об'єкта, особливості їх електропостачання
Проєктування системи електропостачання цехів неможливе без
урахування особливостей виробничого середовища приміщень, у яких
розміщується електрообладнання. При цьому під час проєктування
враховуються всі вимоги ПУЕ щодо даної категорії приміщень.
Електроустановки підприємства, для якого виконується проєктування
системи електропостачання, розташовані всередині будівель, тобто належать до
закритих (внутрішніх) електроустановок.
До відкритих, або зовнішніх електроустановок відноситься складське
обладнання. Приміщення цехів заводу відносяться до так званих нормальних,
тобто є сухими приміщеннями, в яких вологість повітря не перевищує 60 % та
відсутні умови, наведені гл. 1.1.10-1.1.12 ПУЕ.
До запилених приміщень, в яких за умовами виробництва виділяється
технологічний пил у такій кількості, що він може осідати на проводах,
проникати всередину машин, апаратів [5, 6].
Але ці цехи відноситься до приміщень з не струмопровідним пилом.
1.4 Характеристика джерела живлення
Живлення даного заводу здійснюється від районної підстанції (РПС)
енергосистеми 110 та 220 кВ.
Додатковими вихідними даними до розрахунку струмів КЗ є:
• обрана номінальна напруга енергосистеми Uс=110кВ:
• потужність КЗ на шинах районної підстанції SКЗ=2600 МВ • А;
• довжина повітряної лінії Lпл = 55 км.
Економічна узгоджена реактивна потужність з енергосистемою на границі
балансової приналежності Qек = 468,1 квар в часи її максимуму навантаження.
Рівень напруги на шинах підстанції підтримується в допустимих межах
110кВ±5%, що дає змогу нормально працювати електрообладнанню.
Оплата за спожиту активну електричну енергію здійснюється відповідно
до договору на постачання електроенергії, який укладається між
підприємствами промислового району та енергопостачальною організацією.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2 РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ
Знання електричних навантажень необхідне для вибору і перевірки
провідників (шин, кабелів та ін.) і трансформаторів по пропускній спроможності
і економічній густині струму, а також для розрахунку втрат і відхилення
напруги, вибору апаратів захисту та засобів компенсації реактивної потужності.
Правильне визначення електричних навантажень при проєктуванні є
основою для раціонального рішення всього комплексу питань
електропостачання сучасного промислового заводу, у тому числі, окремого
цеху.
Поняття «розрахункове навантаження» випливає з визначення
розрахункового струму Іроз , за величиною якого вибирають всі елементи
мережі і електрообладнання системи електропостачання.
В найпростішому випадку, коли навантаження постійне в часі
І = const = Іроз .
При змінному навантаженні, коли його графік має випадкових характер,
використовується співвідношення
t+Θ
IΘ(t) 1
= ∫ I(t) ⋅dt ,
Θ t
де Θ – тривалість інтервалу усереднення (Θ ≤ t ≤ T - Θ ), що приймається для
графіків навантаження, практично незмінних у часі, рівної Θ = 3 ⋅T0 (у решті
випадків – Θ < 3 ⋅T0 );
T – інтервал реалізації випадкового процесу;
T0 – постійна часу нагріву провідника до максимальної допустимої
температури (за час, рівний 3 ⋅T0 , провідник нагрівається до 95 % сталого
рівня).
Умовно приймають T0 =10 хв., Θ = 30 хв. незалежно від перетину
провідника, звідки і витікає поняття «півгодинний максимум».
З наведеного вище співвідношення вводять поняття «розрахунковий
струм» Іроз – це такий струм, що приводе до такого ж максимального нагріву
провідника або викликає такий же тепловий знос, що й початкове змінне
навантаження I(t) .
Значення Іроз звичайно визначають з виразу
Ppоз = 3 ⋅U ⋅ Ipоз ⋅cosϕ . (2.1)
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
В якості розрахункового навантаження приймають середнє навантаження
PΘ за активною потужністю впродовж часу Θ
1 t+Θ
PΘ = ∫ P(t)dt .
Θ t
Активне розрахункове навантаження Ppоз аналогічне поняттю
«розрахунковий максимум» Pmax або «максимального навантаження» Imax = Iроз
, тобто найбільшому значенню струму із середніх у 30-хвилиних інтервалах
усереднення.
2.1 Розрахунок цехових навантажень від силових електроприймачів
Визначення розрахункових електричних навантажень необхідно
проводити згідно методики [7], яка поширюється на всі галузі господарства,
адаптована до сучасних умов та містить суттєві уточнення попередніх методів
розрахунку.
Визначення електричних навантажень цеху є складовою розрахунку
електричних навантажень промислового заводу в цілому. При таких
розрахунках враховують ступень (рівень) системи електропостачання, оскільки
розрахунки на кожній із них мають свою специфіку. На заводах середньої та
великої потужності таких рівнів нараховують шість (рисунок 2.1).
Кінцевим результатом таких розрахунків має стати величина
розрахункової потужності (Ppоз, цеху )як окремих цехів, так і заводу ( Ppоз, підпр ) у
цілому. Розрахункова потужність Ppоз – це така потужність, при якій термін
службі елементів системи електропостачання дорівнює розрахунковому.
У розрахунках використовуються такі позначення та співвідношення:
– номінальна потужність, Рном ;
– паспортна потужність, Рпасп ;
– встановлена потужність Ру .
У розрахунках використані загальноприйняті позначення: для груп
електроприймачів – Р , для одного електроприймача – р . При цьому для
окремого електроприймача встановлена потужність дорівнює:
1) для електродвигунів, які працюють у довготривалому режимі
pу = pном = pпасп ;
2) для електродвигунів, які працюють у повторно-короткочасному режимі:
pу = pном = pпасп ⋅ ТВ ,
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
де ТВ – тривалість включення в частках одиниці (задається у паспорті, як
правило, у відсотках).
Рисунок 2.1 – Рівні (ступені) системи електропостачання
Групова номінальна (встановлена) активна потужність – це алгебрична
сума номінальних активних потужностей електроприймачів, що входять у групу
ЕП
n
Рном =∑рном , (2.2)
1
де n – кількість електроприймачів у групі.
Групова номінальна реактивна потужність – це алгебраїчна сума
номінальних реактивних потужностей електроприймачів, що входять у групу
n n
Qном =∑qном =∑рном ⋅ tgϕ , (2.3)
1 1
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
де tgϕ – паспортне або довідкове значення коефіцієнта реактивної потужності.
Розрахункова активна потужність вузла живлення визначається
розрахунковою величиною Кв ⋅Рном , що відповідає значенню Кр , за
співвідношенням:
Рроз = Кp ⋅Кв ⋅Рном , (2.4)
де Кр = f (Kв, nе, Ta ) – коефіцієнт розрахункової потужності, який залежить від
коефіцієнту використання Кв та ефективної кількості електроприймачів nе та
постійною часу нагріву мережі, для якої розраховують електричні
навантаження.
Згідно [7] прийняти наступні постійні часу нагріву:
– Ta =10 хв. – для мережі напругою до 10 кВ, що живлять розподільчі
шинопроводи, пункти, щити. Значення Кр для таких мереж приймають за
номограмою (рисунок 2.2) або згідно таблиці 2.1;
– Ta = 2,05 год – для магістральних шинопроводів і цехових
трансформаторів. Для таких випадків значення Кр приймають згідно
таблиці 2.2;
– Ta ≥ 30 хв. – для кабелів напругою 6 кВ і вище, що живлять цехові
трансформаторні підстанції та розподільчі установки. Розрахункова потужність
для цих елементів визначається за умовою Кр =1.
Відмітимо, що добуток Кв ⋅Рном є проміжною допоміжною
розрахунковою величиною, але не середнім значенням очікуваного
навантаження, як це вважалося раніше.
Величину ефективної кількості електроприймачів nе визначаємо за
співвідношенням
n 2
∑Pном
n = 1
е n . (2.5)
∑n ⋅р2
ном
1
Величину nе можна також визначати за спрощеним співвідношенням
2 p
n ∑ ном
е = . (2.5)
pном max
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Якщо знайдене за співвідношенням (2.5) число nе буде більше за n ( n –
дійсне число ЕП), тоді слід прийняти n = nе . Якщо рном max / pном min ≤ 3 , де
pном min – номінальна потужність найменшого електроприймача групи, тоді
також приймаємо ne = n .
Значення коефіцієнту використання кв за кожним окремим
електроприймачем визначаємо за довідковими даними.
Груповий коефіцієнт використання Кв електроприймачів з різними ne
знаходимо за формулою
n
∑квi ⋅рномi
К 1
в = n (2.6)
∑рномi
1
Рисунок 2.2 – Графіки коефіцієнта розрахункового навантаження Кр
для різних Кв в залежності від nе
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 2.1 – Значення коефіцієнта розрахункового навантаження Кр для
різних Кв в залежності від nе для живлячих мереж напругою до 1000 В
n Коефіцієнт використання Кв
е 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
1 8,00 5,33 4,00 2,67 2,00 1,60 1,33 1,14 1,0
2 6,22 4,33 3,39 2,45 1,98 1,60 1,33 1,14 1,0
3 4,05 2,89 2,31 1,74 1,45 1,34 1,22 1,14 1,0
4 3,24 2,35 1,91 1,47 1,25 1,21 1,12 1,06 1,0
5 2,84 2,09 1,72 1,35 1,16 1,16 1,08 1,03 1,0
6 2,64 1,96 1,62 1,28 1,11 1,13 1,06 1,01 1,0
7 2,49 1,86 1,54 1,23 1,12 1,10 1,04 1,0 1,0
8 2,37 1,78 1,48 1,19 1,10 1,08 1,02 1,0 1,0
9 2,27 1,71 1,43 1,16 1,09 1,07 1,01 1,0 1,0
10 2,18 1,65 1,39 1,13 1,07 1,05 1,0 1,0 1,0
11 2,11 1,61 1,35 1,1 1,06 1,04 1,0 1,0 1,0
12 2,04 1,56 1,32 1,08 1,05 1,03 1,0 1,0 1,0
13 1,99 1,52 1,29 1,06 1,04 1,01 1,0 1,0 1,0
14 1,94 1,49 1,27 1,05 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0
15 1,89 1,46 1,25 1,03 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
16 1,85 1,43 1,23 1,02 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
17 1,81 1,41 1,21 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
18 1,78 1,39 1,19 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
19 1,75 1,36 1,17 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
20 1,72 1,35 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
21 1,69 1,33 1,15 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
22 1,67 1,31 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
23 1,64 1,30 1,12 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
24 1,62 1,28 1,11 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
25 1,6 1,27 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
30 1,51 1,21 1,05 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
35 1,44 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
40 1,4 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
45 1,35 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
50 1,3 1,07 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
60 1,25 1,03 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
70 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
80 1,16 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
90 1,13 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
100 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 2.2 – Значення коефіцієнта розрахункового навантаження Кр для
різних Кв в залежності від nе на НН цехових трансформаторів і для
магістральних шинопроводів напругою до 1000 В
Коефіцієнт використання Кв
nе 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 і
більше
1 8,00 5,33 4,00 2,67 2,00 1,60 1,33 1,14
2 5,01 3,44 2,69 1,9 1,52 1,24 1,11 1,0
3 2,94 2,17 1,8 1,42 1,23 1,14 1,08 1,0
4 2,28 1,73 1,46 1,19 1,06 1,04 1,0 0,97
5 1,31 1,12 1,02 1,0 0,98 0,96 0,94 0,93
6–8 1,2 1,0 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91
9–10 1,1 0,97 0,91 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
10–25 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85 0,85 0,9 0,9
25–50 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,8 0,85 0,85
Більше 50 0,65 0,65 0,65 0,7 0,7 0,75 0,8 0,8
Груповий коефіцієнт використання по цеху у цілому (середньовиважений
коефіцієнт) дорівнює
n
∑Квi ⋅Рномi
К 1
в, цеху = n . (2.7)
∑Рномi
1
З урахуванням (2.7) співвідношення (2.3) для визначення розрахункової
активної потужності прийме вигляд
n
Рроз цеху = Кр ⋅ Кв, цеху ⋅Рном = Кр ⋅∑Квi ⋅Рномi . (2.8)
1
Реактивна потужність по цеху, на шинах ТП, розраховується за
співвідношенням
Qроз цеху = Кр ⋅∑Квi ⋅Рномi ⋅ tgϕі . (2.9)
і
До розрахункової активної та реактивної потужності силових
електроприймачів напругої до 1 кВ повинно бути додане освітлювальне
навантаження Pроз. оc , Qроз. оc .
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Повна розрахункова потужність Sроз силових електроприймачів напругою
до 1 кВ визначається за формулою
S 2 2
роз = Pроз +Qроз (2.10)
Результати розрахунків та вихідні дані цеху заносяться у відповідні місця
таблиці 2.3, виконаної за формою Ф 636–92 [1].
Використовуючи вихідні дані таблиці 2.1, співвідношення (2.1) - (2.11) та
графік рисунок 2.2 [7], розраховуємо в якості прикладу величину
розрахункового активної та реактивної потужності окремого цеха , а саме цеху з
виготовлення грануляційного спікання.
Результати розрахунків заносимо у відповідні графи таблиці 2.3, що
виконана по формі Ф636-92.
Визначимо номінальну групову потужність четвертої групи
електроприймачів (конвеєр відвантажувальний) Рном,2. При цьому, так як
електроприймачі згруповані таким чином, що мають однакову величину
коефіцієнта використання Кв та номінальну потужність, співвідношення (2.1)
приймає вид
n
Pном,1 = ∑pном ⋅n = 55 ⋅2 =110 кВт.
1
Визначаємо розрахункову величину Кв ⋅Рном,1 , для цієї ж групи,
використовуючи значення Кв з таблиці 2.3 (стовпчик 5); значення додатку К .
в Рном,
заносимо у стовпчик 8 таблиці 2.3.
Кв ⋅Рном.1 = 0,7 ⋅110 = 77 кВт.
Визначаємо чергову розрахункову величину таблиці 2.1, та заносимо її у
відповідну графу таблиці 2.3.
Кв ⋅Рном.1 ⋅ tgφ = 0,7 ⋅110 ⋅0,75 = 57,8 квар.
Проводимо аналогічні розрахунки для інших сформованих груп
електроприймачів та заносимо результати розрахунків у таблицю 2.3.
У графах 8 та 9 у підсумкової строки записуємо сумарні значення величин
Кв ⋅ Рном та Кв ⋅ Рном ⋅ tgφ ,
а саме:
∑Кв ⋅ Рном та ∑Кв ⋅ Рном ⋅ tgφ .
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Визначаємо величину ефективної кількості електроприймачів nе за
спрощеним співвідношенням (2.5):
n 2∑pном 2 ⋅2455
е = = =19,64 шт.
pном м ax 250
Для розрахунку групового середньовиваженого коефіцієнту використання
по цеху в цілому використовуємо формулу (2.7)
n
∑Кв, і ⋅Рном і
К 1 1986,7
в, цеху = n = = 0,81.
∑Р 2455
ном і
1
По графіку рисунок 2.2 для визначених величин nе= 19,64 та Кв, цеху = 0,81
знаходимо коефіцієнт розрахункової потужності Кр.цеху який дорівнює Кр,цеху =1,04.
За співвідношенням (2.8) знаходимо розрахункову активну потужність
цеху, який розраховуємо у якості прикладу
n
Рроз.цеху = Кр ⋅ Кв. цеху ⋅Рном.цеху = Кр ⋅ ∑Кв. i ⋅Рном і =1,04 ⋅1986,7 = 2066,2 кВт.
1
Так, як величина ефективної кількості електроприймачів nе>10,
реактивна потужність силових електроприймачів напругою до 1 кВ по цеху
визначається співвідношенням (1.9), тобто являє собою число підсумкової
строки графи 9:
Qроз.цеху = ∑ (Кв ⋅Рном ⋅ tgφ) =1⋅1172,8 =1172,8 квар.
Повну розрахункова потужність Sпр силових електроприймачів напругою
до 1 кВ по цеху визначається формулою (1.10)
S 2
роз.цеху = Pроз.цеху +Q2 2 2
роз.цеху = 2066,2 +1172,8 = 2375,85 кВА.
Таким чином, нами виконано розрахунок повної потужності силових
електроприймачів напругою до 1 кВ окремого цеха , а саме цеху
грануляційного спікання.
Аналогічно виконуємо розрахунки для інших цехів.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2.2 Особливості визначення розрахункових електричних навантажень
від однофазних електроприймачів
Електричні навантаження ЕП однофазного струму повинні бути
розподілені рівномірно по фазах.
Однофазні ЕП, що включені на фазні і лінійні напруги та розподілені по
фазах з нерівномірністю не вище 15 % по відношенню до загальної потужності
трифазних і однофазних електроприймачів у групі, враховують як трифазні ЕП
тієї ж сумарної потужності [6, 17]. Якщо нерівномірність перевищує 15 %,
умовна трифазна номінальна потужність приймається рівної потроєної величині
навантаження найбільш завантаженої фази.
При кількості однофазних ЕП до трьох з достатньою для практичних цілей
точністю умовна трифазна номінальна потужність Рном у (кВт) визначається
наступним чином:
– при включенні ЕП на фазну напругу за формулою
Рном, у = 3 ⋅Рном.max ф або Рном, у = 3 ⋅Sпасп ⋅ ТВ ⋅cosϕпасп ,
де Рном. max ф – номінальна потужність максимально навантаженої фази, кВт;
Sпасп – паспортна потужність, кВ ⋅А ,
ТВ – відносна тривалість включення в долях одиниці;
– при включенні однофазних ЕП на лінійну напругу умовна трифазна
номінальна потужність Рном у при кількості електроприймачів від одного до
трьох, включених по можливості рівномірно в різні плечі трифазної системи,
визначаються за формулами:
• при одному електроприймачу
Рном, у = 3 ⋅Рном. ;
• при двох або трьох електроприймачах
Рном, у = 3 ⋅Рном.max ф . (2.11)
Якщо кількість однофазних електроприймачів з різними Кв і cosϕ більш
трьох і при включенні їх на фазну і лінійну напругу вони розподіляються по
фазах по можливості рівномірно, то визначаються середні навантаження за
найбільш завантажену зміну по кожної фазі.
Загальне середнє навантаження окремих фаз визначається складанням
середніх однофазних навантажень даної фази (фаза – нуль) і однофазних
навантажень, що включені на лінійну напругу з відповідним зведенням останніх
до навантажень однієї фази та фазної напруги з використанням таблиці.
Наприклад, для фази а маємо
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
PΣ(a) = Кв ⋅Раb ⋅ρ(аb)а + Кв ⋅Рac ⋅ρ(аc)а + К′в ⋅Рао ; (2.12)
QΣ(a) = Кв ⋅Раb ⋅q(аb)а + Кв ⋅Раc ⋅q(аc)а + К′в ⋅Qао , (2.13)
де Pab, Pac – навантаження, що включені на лінійну напругу відповідно між
фазами аb і ас;
Pao , Qao – навантаження, що приєднані на напругу фази а (між фазним та
нульовим проводами);
ρ(аb)а , ρ(ас)а , q(аb)а , q(ас)а – коефіцієнти зведення навантажень(таблиця 2.4),
що включені на лінійну напругу до фази а;
Кв, К′в – коефіцієнти використання однофазних ЕП різного режиму роботи.
Аналогічно визначаються середні однофазні навантаження для фаз b і с,
знаходиться найбільш завантажена фаза по активної потужності, наприклад фаза
с, а потім еквівалентне трифазне навантаження мережі від однофазних
електроприймачів.
РΣ = 3 ⋅РΣ(с) і QΣ = 3 ⋅QΣ(c) .
Таблиця 2.4 – Коефіцієнти зведення навантажень
Коефіцієнти Коефіцієнт потужності навантаження
зведення 0,3 0,4 0,5 0,6 0,65 0,7 0,8 0,9 1,0
ρ(аb)а, , ρ(bс)b, ρ(са)с 1,4 1,17 1,0 0,89 0,84 0,8 0,72 0,64 0,5
ρ(аb)b,, ρ(bс)с, ρ(са)а –0,4 –0,17 0 0,11 0,16 0,2 0,28 0,36 0,5
q(аb)а, , q(bс)b, q(са)с 1,26 0,86 0,58 0,38 0,3 0,22 0,09 – –
0,05 0,29
q(аb)b,, q(bс)с, q(са)а 2,45 1,44 1,16 0,96 0,88 0,8 0,67 0,53 0,29
Однофазними електроприймачами в цеху є наступні установки:
- Зварювальний апарат -3 шт;
- Універсальний верстат – 3 шт.
Розрахуємо умовну трифазну номінальну потужність Pу для
групи однофазних електроприймачів, потужність яких приведена до ТВ
=100%, що підключені наступним чином:
- зварювальний верстат: напруга фазна Uф = 220В ; рф,0 = 7,2 кВт ;
cosϕ = 0,72 ; Кв′ ,a0 = 0,4 ;
- Універсальний верстат: напруга лінійна UЛ = 380В ; рЛ = 7,2 кВт ;
cosϕ = 0,72 ; Кв = 0,4 .
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Визначаємо загальне середнє навантаження окремих фаз (А, В, С) згідно
співвідношень (2.12–2.13), які записано для більш загального випадку:
PΣ(a) = ΣКв,i ⋅Раb,i ⋅ρ(аb)а,i + ΣКв,i ⋅Рac,i ⋅ρ(аc)а,i + ΣК′в,i ⋅Рао,i
PΣ(b) = ΣКв,i ⋅Раb,i ⋅ρ(аb)b,i + ΣКв,i ⋅Рbc,i ⋅ρ(bc)b,i + ΣК′в,i ⋅Рbо,i
PΣ(c) = ΣКв,i ⋅Раc,i ⋅ρ(аc)c,i + ΣКв,i ⋅Рbc,i ⋅ρ(bc)c,i + ΣК′в,i ⋅Рcо,i
QΣ(a) = ΣКв,i ⋅Раb,i ⋅q(аb)а,i + ΣКв,i ⋅Раc,i ⋅q(аc)а,i + ΣК′в,i ⋅Qао,i
QΣ(b) = ΣКв,i ⋅Раb,i ⋅q(аb)b,i + ΣКв,i ⋅Рbc,i ⋅q(bc)b,i + ΣК′в,i ⋅Qbо,i
QΣ(c) = ΣКв,i ⋅Раc,i ⋅q(аc)c,i + ΣКв,i ⋅Рbc,i ⋅q(bc)c,i + ΣК′в,i ⋅Qcо,i
Визначимо навантаження фаз, використовуючи відповідні коефіцієнти
зведення навантажень з таблиці 2.4
PΣ(a) = PΣ(b) = PΣ(c) = 0,4 ⋅7,2 ⋅0,8+ 0,4 ⋅7,2 ⋅0,28 + 0,4 ⋅7,2 6 кВт ,
Середнє реактивне навантаження, віднесене до фаз А, В, С дорівнює
відповідно:
QΣ(a) = QΣ(b) = QΣ(c) = 0,4 ⋅7,2 ⋅0,22 + 0,4 ⋅7,2 ⋅0,8+ 0,4 ⋅7,2 ⋅0,96 = 5,7 квар
Для найбільш навантаженої фази (В)
Q
tgϕ = Σ(b)
b ,
PΣ(b)
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
tg tg tg 12 (квар)
ϕ(a) = ϕ(b) = ϕ(c) = =1,44.
8,3 (кВт)
Середньовиважене значення коефіцієнту навантаження ⟨Кв(а)⟩ для
найбільш навантаженої фази
Р
⟨К Σ(b)
в(b)⟩ = Р P Р ,
1.ab + 2.ab + bc + Р
2 b,0
6
⟨Кв(а)⟩ = 7,2 7,2 = 0,42 .
+ + 7,2
2
Умовна трифазна номінальна потужність Рном у найбільш навантаженої
фази (В), що розраховується за співвідношення (2.11), складає:
Ру = 3 ⋅PΣ(b) ; Ру = 3 ⋅6 =18 кВт .
Qу = Pу ⋅ tgϕ(b) ; Qу =18 ⋅0,95 =17,1квар .
Ефективну кількість однофазних електроприймачів визначаємо по
співвідношенню:
2 ⋅ ΣP
n = (o)
e(o) .
3 ⋅pmax.(o)
n 2 ⋅18
e(o) = = 2 .
3 ⋅6
За таблиці 2.1 при ne(o) = 2 та ⟨Кв(b)⟩ = 0,42 отримаємо Кр =1,98.
Рроз у = Кр ⋅ Кв(b) ⋅Ру ,
Рроз у =1,98 ⋅0,42 ⋅18 =14,9 кВт .
Розрахункова реактивна потужність визначається наступним чином:
– для живлячих мереж напругою до 1 кВ у залежності від nе :
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
при nе ≤10 Qроз =1,1⋅∑Кв ⋅Рном ⋅ tgϕ ;
при nе >10 Qроз =∑Кв ⋅Рном ⋅ tgϕ .
Qроз у =1,1⋅Кр ⋅∑⟨Кв(b)⟩ ⋅Ру,і ⋅ tgϕі ,
і
Qроз у =1,1⋅14,9 ⋅0,96 =15,7 квар.
Повна умовна розрахункова потужність Sроз у силових однофазних
електроприймачів напругої до 1 кВ визначається формулою (2.10):
Sроз у = (14,9 ⋅103 )2 2
+ (15,7 ⋅103 ) = 21,6 кВ ⋅А .
2.3 Визначення розрахункових електричних навантажень від
освітлювальних систем
В відповідності до категорій пожежозахисту приміщення, згідно ПУЕ
(глава 6.5), ми обираємо тип світильників, їх висоту підвісу, та розташування в
робочій зоні цеху грануляційного спікання. Загальні геометричні розміри
виробничої зони цеху становлять 66×60×6, з площею освітлення
S=3000 м2.
Для визначення електричних навантажень (ЕН) освітлювальних установок
використовується метод питомої потужності. Для знаходження питомої
фактичної потужності ЕН освітлювальних установок (Рп.о.ф.) використовуються
слідуючи дані: тип світильника, коефіцієнт запасу к3., освітленість Еф, значення
розрахункової висоти h, площа освітлювального приміщення S. По обраному
типу світильника, площі освітлювального приміщення та висоті підвісу
світильників визначається питома потужність загального рівномірного
освітлення, необхідного для забезпечення норми освітленості.
Для освітлення цеху ми використаємо стельові світильники РСП11-01 з
чотирма лампами типу ДРЛ. Світильники розташовані під стелею на висоті
h=11,8 м, від рівня підлоги
Виконаємо розрахунки освітлювального навантаження цеху:
Визначимо активну потужність освітлювальних установок Рм.о. згідно виразу
Pроз.ос.цеху = кп ⋅Рп.о.ф ⋅S, (2.12)
де кп – коефіцієнт попиту освітлення [7];
S – площа приміщення, м2;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Pроз.ос.цеху =0,95⋅9,7 ⋅4356 = 40500 кВт,
Рп.о.ф – питома фактична потужність освітлювальних установок, Вт/м2,
визначається за формулою
Е к
р = Р ⋅ ф ⋅ з.ф
п.о.ф п.о.табл ⋅ к , (2.13)
100 к р
з.табл
де Рп.о.табл – питома потужність освітлювальної установки [7], Вт/м2;
Еф – фактична освітленість для виконуваного виду робіт [7], лк;
кз.ф – фактичний коефіцієнт запасу для виконуваного виду робіт [7];
кз.табл – табличний коефіцієнт запасу для виконуваного виду робіт [7];
кр - коефіцієнт зміни відбиття від поверхонь приміщення [7].
р 14,6 200 1,8
п.о.ф = ⋅ ⋅ ⋅ 0,3 = 9,78 Вт/м2
100 1,6
Реактивну потужність навантаження системи загального освітлення цеху
визначаємо за виразом
Qроз.ос.цеху = Pроз.ос.цеху ⋅ tgϕо, (2.14)
де tgφ0 – реактивна складова кута зсуву фаз.
Qроз.ос.цеху = 40,5 ⋅0,2 = 8,1 квар.
Розрахунок освітлювального навантаження інших цехів та підрозділів
заводу виконуємо аналогічно. Живлення зовнішньої системи освітлення заводу
виконано від силового трансформатора, що живить будівлю управління.
2.4 Розрахунок електричних навантажень на шинах 0,4 кВ цехової підстанції
Сумарні активну та реактивну розрахункові потужності на шинах 0,4 кВ
визначаємо за виразами
P0,38 цеху = Рр. цеху + Рр. ос. цеху , (2.15)
Q0,38 цеху = Qр. цеху +Qр. ос. цеху . (2.16)
Отримаємо
P0,38 цеху = Рр. цеху + Рр.ос. цеху = 2066,2 + 40,5 = 2106,7 кВт,
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Q0,38 цеху = Qр. цеху +Qр.ос. цеху +Qном.у =1172,8+ 8,1=1180,9 квар.
Одночасно розраховуємо приблизне навантаження на шинах цехової
підстанцій за виразом
2
Sр.цеху = (Р0,38 цеху і ) + (Q0,38 цеху і )2 , (2.17)
SТП6 = Р 2 2
0,38 цеху +Q0,38 цеху = 0,95 ⋅ 2106,72 +1180,92 = 2294,4 кВА.
Дані розрахунків навантаження цехової підстанції S ТПі за формулою (2.17) по
усім цехам заносимо у таблицю 2.4.
2.5 Визначення електричних навантажень на вищих рівнях системи
електропостачання
На вищих рівнях системи електропостачання заводу розрахункове
(максимальне) навантаження визначаємо шляхом додавання розрахункових
навантажень окремих груп електроприймачів (цехів, підрозділів) з урахуванням
коефіцієнта одночасності збігання максимумів навантаження Ko .
Коефіцієнта одночасності Ko залежить від кількості приєднань на шинах
РУНН ГПП та середньовиваженого коефіцієнту використання Kв і
визначається за даними [5].
Приблизну потужність підприємства (на шинах РУНН) SНН ГПП
визначаємо за формулою
N 2 2
N
SНН ГПП = Ко ⋅ ∑P0,4 цехуi + ∑Q0,4 цехуi . (2.18)
i i
SНН.ГПП = 10203,92 + 6303,12 =11993,7 кВА
Таким чином, нами з використанням нормативної методики, виконано
розрахунок електричних навантажень по підприємству, а приблизна
розрахункова потужність має значення SНН.ГПП =11993,7 кВА.
Результати розрахунків заносимо до таблиці 2.5.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2.6 Картограма та положення центру електричних навантажень цеху
та підриємства. Вибір місця розташування трансформаторних підстанцій
Картограмою навантажень називають план, на якому зображена картина
середньої інтенсивності розподілу навантажень приймачів електроенергії.
Картограму навантажень будуємо як на плані розташування приймачів
електроенергії в цехах, так і на генеральному плані всього заводу. Якщо
картограму будують на генеральному плані заводу, то як приймачі
електроенергії розглядаємо самі цехи.
Геометричні зображення середньої інтенсивності розподілу навантажень
на картограмі виконують різними способами [1, 6]. Найбільш простий з них
складається в зображенні ступеня інтенсивності розподілу навантажень
приймачів за допомогою кіл. Він полягає в наступному. Як центр кола
вибирають центр електричного навантаження (ЦЕН) приймача електроенергії, а
радіус кола зв'язують із розрахунковою потужністю приймача електроенергії;
значення його знаходять із умови рівності розрахункової середньої активної
потужності групи електроспоживачів площі кола
Рр,0,38і = π ⋅ r2
i ⋅m
де r 2
p.i - радіус кола групи споживачів, π = 3,14 ; m- кВт/мм – масштаб
P
r 0,38 і
i = , (2.19)
π ⋅m
У кожному з отриманих кіл виділяємо сектори, що відповідають
силовому, а також освітлювальному навантаженням:
360 ⋅ P
α = р, цеху i
с.н ; (2.20)
Р0,38цеху
360 ⋅ P
αоc.н =
р, цеху i , (2.21)
Р0,38 цеху
Розраховуємо на прикладі вибраного ливарного цеху вказані параметри
картограми електричних навантажень.
Р
r р0,38(ТП−6) 2931,9 ⋅1000
ТП−6 = = = 65,1 мм.
3,14 ⋅m 3,14 ⋅220
Розрахункові значення заносимо у графу 8 таблиці 2.5
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 2.5 – Дані для побудови картограми ЕН
Номер m α ° °
c.н αoc.н r
трансформаторної P кВт P
роз.ос.цеху ΣP0,38цеху. кВт/мм2
роз.цеху мм
підстанції кВт кВт
1 2 3 4 5 6 7 8
ТП-1 423,8 85,6 509,4 220 300 60 27,2
ТП-2 2863,7 68,2 2931,9 220 352 8 65,1
ТП-3 957,1 38,9 996,0 220 346 14 38
ТП-4 1811,2 165,1 1976,3 220 330 30 53,5
ТП-5 318,7 18,4 337,1 220 340 20 22,1
ТП-6 2066,2 40,5 2106,7 220 353 7 55,2
ТП-7 1288,2 58,3 1346,5 220 344 16 44,1
Теоретичний центр електричних навантажень (ЦЕН) визначаємо як точку
з координатами:
n
∑ (Pp.i ⋅ xi )
Х = i=1
n ; (2.22)
∑ Pp.i
i=1
n
∑ (Pp ⋅ yi )
Y = i=1 i
n , (2.23)
∑ Pp
i=1 i
де Х,Y– координати центру електричних навантажень на генплані, см;
xi , yi – координати i-ого навантаження на генплані, см;
Pp i – максимальне навантаження i-ого цеху, кВт.
Дані, необхідні для розрахунку координат ЦЕН згідно виразу (2.22), (2.23)
заносимо у відповідні графи таблиці 2.6. Визначаємо координати ЦЕН
n
∑ (Pp.i ⋅ xi )
Х i=1 2139380
= n = = 216,7м,
∑ P 10203,9
p.i
i=1
n
∑ (Pp i ⋅ yi )
Y i=1 2376530
= n = = 244,9 м.
∑ P 10203,9
p
i=1 i
Таким чином, нами розраховані дані для побудови картограми
навантаження (таблиця 2.5) та координати ЦЕН (таблиця 2.6) які ми будемо
використовувати при виборі місця розташування ГПП.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
3 ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ СХЕМИ ЖИВЛЕННЯ ПІДПРИЄМСТВА.
РОЗРАХУНОК ЖИВЛЯЧОЇ МЕРЕЖІ
3.1 Вибір і обґрунтування схеми живлення заводу
Під час вибору головної схеми електропостачання підприємства основними
факторами є характеристики джерел живлення та електроспоживачів,
насамперед вимоги до надійності й безперервності електропостачання з
урахуванням можливостей резервування, передбачених технологічною
частиною проєкту, а також вимоги електробезпеки [1].
Вибір типу підстанції, її потужності, параметрів та місця розташування
визначається величиною і характером електричних навантажень, а також їхнім
розміщенням на генеральному плані підприємства. При цьому додатково
враховуються архітектурно-будівельні та експлуатаційні умови, розташування
технологічного обладнання, характеристики навколишнього середовища, а
також вимоги вибухопожежної та екологічної безпеки.
Схеми електричних з’єднань підстанцій і розподільчих пристроїв повинні
формуватися відповідно до загальної схеми електропостачання підприємства та
забезпечувати:
- надійне електропостачання споживачів і передачу потужності по
магістральних зв’язках у нормальному та післяаварійному режимах;
- можливість подальшого розвитку системи;
- поетапне розширення електромережі;
- широке впровадження засобів автоматизації та пристроїв протиаварійної
автоматики;
- виконання ремонтних і експлуатаційних робіт на окремих елементах схеми
без відключення суміжних приєднань.
Система електропостачання промислового підприємства повинна також
враховувати черговість будівництва об’єкта. Подальше розширення або
реконструкція не повинні знижувати надійність електропостачання вже діючих
виробництв.
Під час проєктування необхідно враховувати можливість
електропостачання сторонніх споживачів, розташованих поблизу підприємства.
На об’єктах електропостачання доцільно застосовувати комплектне
крупноблочне електротехнічне обладнання, а схемні й конструктивні рішення
мають бути максимально уніфікованими.
Узагальнюючи наведені положення та враховуючи загальні вимоги до
систем електропостачання, зазначені у п. 1.1, для підприємства обрано схему
головної понижувальної підстанції (ГПП), наведену на рисунку 3.1.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.1 - Електрична частина ГПП
3.2 Розрахунок перерізу живлячої мережі
Для живлення головних понижувальних підстанцій (ГПП) напругою 35,
110 або 220 кВ у більшості випадків застосовуються повітряні лінії
електропередачі. Кабельні лінії використовуються в умовах забрудненого
середовища, а також в інших випадках, передбачених чинними нормативними
документами.
До ліній електропередачі висуваються основні вимоги щодо забезпечення
допустимого нагріву провідників відповідно до діючих норм. При цьому
враховуються не лише нормальні режими роботи, а й післяаварійні режими,
режими ремонтів та можливі нерівномірності розподілу струмів між
паралельними лініями. Вибір перерізу провідників, який відповідає зазначеним
вимогам, виконується згідно з ПУЕ.
Обрані перерізи провідників додатково перевіряються за економічною
густиною струму, а для відповідних класів напруги — також за умовами
виникнення коронного розряду. За необхідності проводиться перевірка
провідників на мінімально допустимий переріз з урахуванням вимог механічної
міцності.
На цьому етапі проєктування попередньо визначається переріз живлячих
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Uном РУВН і приблизна
потужність SВН ГПП на стороні ВН ГПП.
Потужність SВН ГПП визначається за формулою, у якої враховано втрати
потужності у силових трансформаторах ГПП
N 2 2
N
SВН ГПП = Ко ⋅ ∑(P0,4 цеху і + ∆PT ) + ∑(Q0,4 цеху і + ∆QT ) . (3.1)
i i
де ∆PT і ∆QT – втрати відповідно активної і реактивної потужності.
Розрахунковий струм однієї живлячої лінії (А) визначається згідно виразу
S
Іроз = ВН ГПП ⋅Кзав.Л , (3.2)
2 ⋅ 3 ⋅ Uном
де Кзав.Л – коефіцієнт завантаження лінії визначається схемою РУНН,
режимами роботи ГПП у нормальних, післяаварійних та ремонтних умовах, а
також вимогами щодо забезпечення необхідного рівня надійності й
безперервності електропостачання.
Вибраний стандартний переріз Fст Лінії живлення перевіряються за
умовами допустимого струму нагрівання у нормальному режимі роботи,
допустимого струму в післяаварійному режимі, мінімально допустимого
перерізу з точки зору механічної міцності, а також мінімального перерізу за
умовою виникнення коронного розряду відповідно до наведених виразів і
нормативних вимог:
– на допустимий струм в нормальному режимі роботи, А
Іроз ≤ к ⋅ Ідоп , (3.3)
де Ідоп – допустимий струм вибраного стандартного перерізу, А;
к – коефіцієнт, що враховує фактичну розрахункову температуру середовища;
– на допустимий струм в післяаварійному режимі (режим відключення
однієї з ліній живлення)
2 ⋅ Іроз ≤ к ⋅ кдоп ⋅ Ідоп.Т , (3.4)
де кдоп – допустиме короткочасне перевантаження, кдоп =1,25;
– перевірка на мінімально допустимий переріз за умовами механічної
міцності виконується з урахуванням району розташування підприємства.
Відповідно до нормативної товщини ожеледі визначається мінімально
допустима площа перерізу провідника;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
– перевірка на мінімальний переріз за умовою виникнення корони
здійснюється відповідно до вимог ПУЕ залежно від класу напруги.
На основі розрахунків за формулами (3.1)–(3.4) для повітряної лінії
обирається провід відповідної марки та необхідного перерізу.
За розрахункову приймається максимальна потужність з урахуванням втрат
у трансформаторах. Активна та реактивна складові втрат у трансформаторі
визначаються за відповідними виразами
∆Ртр = 0,02 ⋅Sпр;
∆Qтр = 0,1 ⋅Sпр ,
де Sпр. – орієнтовна повна потужність об’єкта проєктуванн, кВА;
∆Ртр = 0,02 ⋅11993,7 = 239,8кВт,
∆Qтр = 0,1⋅11993,7 =1199,3 квар.
Загальне навантаження об’єкта визначається виразом
SВН.ГПП =1,0 ⋅ (10203,9 + 239,8)2 + (6303,1+1199,3)2 =12859,2 кВА.
Номінальна потужність кожного з двох трансформаторів ГПП попередньо
оцінюється згідно виразу
S S
= ВН.ГПП
тр ;
2 ⋅0,7
S 12859,2
тр = = 9185,2 кВА.
2 ⋅0,7
Розрахунковий струм однієї живлячої лінії (А) визначається згідно виразу
І 12859,2
розПЛ = = 67,6 А ,
3 ⋅110
Переріз лінії живлення (мм2) визначаємо за виразом
F І
ек = ,
jек
де j 2
ек - нормоване значення економічної густини струму jек=1,4 А/мм .
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
F 67,6
= = 48,3мм2
ек .
1,4
Розрахунковий економічно вигідний переріз закругляємо до найближчого
стандартного перерізу Fст.
Вибраний переріз лінії живлення перевіряється на допустимий струм
нагрівання в нормальному режимі, на допустимий струм після аварійного
режиму, на мінімальний переріз згідно механічної міцності і мінімальний переріз
за умовою корони згідно виразів і умов:
- на допустимий струм в нормальному режимі роботи, А;
Ір ≤ к ⋅ Ідоп ,
де Ідоп - допустимий струм вибраного стандартного перерізу, А;
к - коефіцієнт, що враховує фактичну розрахункову температуру
середовища к=1;
За умовою корони – мінімальний переріз повітряної лінії 110 кВ складає 70
мм2.
Таким чином, користуючись проведеними розрахунками, обираємо для
повітряної лінії провід АС-70 [1,6], для якого Ідоп=260 А.
67,6 А ≤1⋅260 А ;
- на допустимий струм в після аварійному режимі (режим
відключення однієї з ліній живлення)
2 ⋅ Ір ≤ к ⋅ кдоп ⋅ Ідоп
де кдоп - допустиме короткочасне перевантаження, кдоп = 1,25;
2 . 67,6 А=135,2 А <0,9.1,25.260=292,5А;
- на мінімальний переріз згідно механічної міцності - згідно з місцем
розташування заводу визначається величина стінки ожеледі за її товщиною і по
[10] визначається мінімальна площа перерізу;
- на мінімальний переріз за умовою корони - мінімальний переріз
повітряної лінії 110 кВ за умовою корони складає 70 мм .
Таким чином, користуючись проведеними розрахунками, обираємо для
повітряної лінії провід АС-70 [4].
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
3.3 Визначення втрат напруги від системи до ГПП
В залежності від параметрів ЛЕП (повітряних або кабельних ліній), по
яких передається електроенергія від системи до ГПП заводу, втрати напруги
мають істотно різну величину.
Відмітимо характерні особливості повітряних ліній різного класу напруги.
Для повітряних ліній напругою 110 кВ і вище індуктивний опір Х
повітряної лінії більше активного опору R: X > R , причому для ЛЕП напругою
220 кВ і вище справедливе співвідношення: Х R .
Тому при значних протяжностях таких ліній або при роботі мереж, що
містять ці елементи, з навантаженнями, близькими до проектних, значення кутів
зсуву δ стають великими, як правило, близько 15− 25 , зі збільшенням δ до
35− 55 при збільшеній протяжності ЛЕП або передачі потужностей, близьких
до нормативних по статичній стійкості. У цих випадках врахування поперечної
складової δU/ / вносить уточнення в розрахунки напруги, що істотно
перевищують погрішності інформації про параметри мережі, а тому аналіз
електричних режимів повинен виконуватися з урахуванням поперечної
складової падіння напруги.
Для ділянок напругою 110 кВ і менше X ≤ R , кут δ невеликий (менше
2 − 3 ).
Зв’язок між напругою на початку (напруга джерела живлення) і кінці
ділянки лінії (напруга на РУВН ГПП) знаходиться шляхом традиційних
розрахунків з використання схеми заміщення (рисунок 3.2):
Рисунок 3.2 – Схема заміщення фази ділянки мережі
На рисунку 3.2 S1, S2 – повна потужність у началі і кінці ділянки
(комплексні значення); Rн , Хн – опір навантаження (активний і індуктивний).
Повздовжня (по напряму U2ф ) складова падіння напруги в лінії ∆U/
ф
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
∆U/
ф = Iа ⋅R + Iр ⋅X = I ⋅ (R cosϕ+Xsinϕ) . (3.5)
Поперечна (перпендикулярна до напряму U2ф ) складова падіння напруги
в лінії δU/ /
ф
δU/ /
ф = Iа ⋅X − Iр ⋅R = I ⋅ (X ⋅cosϕ−R ⋅sinϕ) . (3.6)
Знаючи складову падіння напругу ∆Uф , можна визначити, відповідно,
вектор напруги на початку ділянки
Uф1 = Uф2 + ∆U //
ф = Uф2 + ∆U′ф + jδUф =
(3.7)
= Uф2 + (IaR + IpX)+ j(IaX − IpR) = U jδ
ф1 ⋅e ,
де модуль U1ф цієї напруги
U = (U + δU/ )2 + (δU/ / 2
ф1 ф2 ф ф ) (3.8)
та його фаза δ
δU/ /
δ = arctg ф
/ . (3.9)
Uф2 + δUф
Таким чином, визначено параметри падіння напруги ∆Uф . Втрата
напруги» ∆Uф, для ділянки електричної мережі
∆Uф = Uф1 − Uф2 . (3.10)
Векторна діаграма напруги і струму фази ділянки електричної мережі має
вид
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 3.3 – Векторна діаграма напруги і струму фази ділянки електричної
мережі
Враховуючі співвідношення між лінійними і фазними напругами, для
будь-якої кількості ділянок лінії отримаємо
n
∆U/ / = 3 ⋅U/ /
ф = 3 ⋅∑(Ii ⋅ ri ⋅cosϕi + Ii ⋅xi ⋅sinϕi ) . (3.11)
i=1
В цьому випадку з достатньою точністю (помилка менше 0,5 %) можна
вважати, що падіння напруги ∆U1дорівнює його поздовжній складовій ∆U/ .
Тоді втрати напруги ∆U приблизно визначається за формулою
∆U ∆U/ = 3 ⋅ (I ⋅R + I ⋅X) = PіR +QіX ≈ PіR +QіX
a p , (3.12)
Uі Uном
де потужність і напруга відповідають одному і тому ж вузлу або у формулу
підставляється номінальна напруга Uном ділянки.
Повні активний і реактивний опір визначаються за відомими формулами.
Значення повного активного і реактивного опору для ЛЕП визначаються
за загальним виразом
П = П0 ⋅L , (3.13)
де Π{r0 , x0} – значення подовжнього або поперечного параметра, віднесеного
до 1 км лінії протяжністю L, км (погонний опір).
Індуктивний опір, віднесений до 1 км лінії, визначається по емпіричній
формулі, Ом/км
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
D
X = 0,144 ⋅ lg cp
0 + 0,0157 ⋅µ = Х/ +Х/ /
0 0 , (3.14)
rдр
де Dcp – середньогеометрична відстань між фазами;
rдр – радіус проводу;
µ – магнітна проникність матеріалу проводу. Для кольорових металів – µ =1,
для сталі – µ 1 .
Величина середньогеометричної відстані між фазними проводами Dcp ,
(жилами) залежить від розташування фазних проводів (шин) (параметра Dij і
визначається з формули
D 3
cp = D12 ⋅D13 ⋅D23 , м. (3.15)
Фази ПЛ можуть розташовуватися горизонтально або по вершинах
трикутника; фазні шини струмопроводів – в горизонтальній або вертикальній
площині, жили трьохжильного кабелю – по вершинах рівностороннього
трикутника. (Значення Dcp і rпр повинні мати однакову розмірність).
За відсутності довідкових даних фактичний радіус багатопровідних
проводів rпр можна визначити по сумарній площі перерізу струмоведучої і
сталевої частини проводу (Fcт ), збільшивши його з урахуванням скручування на
15 – 20 %, тобто
rпр = (1,15÷1,20) ⋅ F+ Fcт . (3.16)
π
Активний погонний опір лінії визначається по формулі, Ом/км
R ρ
0 = , (3.17)
F
де ρ – питомий активний опір матеріалу проводу, Ом ⋅мм2 / км;
F – переріз фазного проводу (жили), мм2 .
Для технічного алюмінію залежно від його марки можна прийняти
ρ = 29,5÷31,5 Ом ⋅мм2 / км , для міді ρ =18,0÷19,0 Ом ⋅мм2 / км .
Для визначення складових струму використовують відомі
співвідношення:
I = Pі
a ; I = Qі (3.18)
3 ⋅U p
і 3 ⋅Uі
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Проектна потужність заводу Рі=10203,9 кВт; Qі=6303,1 квар, R0=0,34
Ом/км, Х0=0,318 Ом/км при Dср=0,8м.
Тоді для ділянки мережі:
R = R0 ⋅L, R=0,34 ⋅55=18,7 Ом,
Х = Х0 ⋅L, Х=0,318 ⋅55=17,5 Ом.
Активну і реактивну складову струму обчислюємо з формулою (3.18)
I = 10203,9
a = 53,6 А;
3 ⋅110
I = 6303,1
р = 33,1 А.
3 ⋅110
Використовуючи формули (3.3) і (3.4) визначимо повздовжню і поперечну
складову падіння напруги
δU'
ф = 53,6 ⋅18,7 + 33,1⋅17,5 =1581,6 В.
δU′ф′ = 53,6 ⋅18,7 − 33,1⋅17,5 = 423,1 В.
Модуль напруги на початку ділянки визначимо за формулою (3.5);
∆Uф1 = (110 +1,6)2 + (0,423)2 =111,6 кВ.
Модуль падіння напруги ∆Uф визначається співвідношенням (3.7)
∆Uф = 1,62 + 0,4232 =1,7 кВ.
Втрата напруги розраховується за співвідношенням (3.6)
∆Uф =1581,6 − 423,1=1158,5В =1,2 кВ.
Відносні втрати напруги від системи до ГПП заводу при проектній
потужності
∆U
∆U(%) = ф %;
∆Uном
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
3
∆U(%) 1,2 ⋅10
= 3 ⋅100=1,09 %.
110 ⋅10
Таким чином, вибрані параметри повітряної лінії задані практично без
втрат напруги передавати розрахункову потужність на завод.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4 ВИБІР ТРАНСФОРМАТОРІВ І ЗАСОБІВ КОМПЕНСАЦІЇ
РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ
4.1 Вибір трансформаторів головної понижуючої підстанції
Трансформатори ГПП повинні забезпечити надійне електропостачання в
нормальному, аварійному і післяаварійному режимі.
Як розрахункова потужність приймається максимальна потужність з
врахуванням втрат в трансформаторах, активна і реактивна складова втрат в
трансформаторі визначаються за виразами
∆РТ = 0,02 ⋅Sпр; (4.1)
∆QТ = 0,1⋅Sпр , (4.2)
де Sпp(6 ст.) – приблизна повна потужність об’єкта, що визначається на 6 ступені,
кВА.
Таким чином, загальне навантаження об’єкта визначається виразом
N 2 2
N
Snp(6 ст.) ≈ SВН ГПП = Ко ⋅ ∑(P0,4 цеху і + ∆PT ) + ∑(Q0,4 цеху і + ∆QT ) (4.3)
i i
Номінальна потужність SТ кожного з двох трансформаторів ГПП
попередньо оцінюється згідно виразу
S
S = np(6 ст.)
Т . (4.4)
2 ⋅0,7
По отриманому значенню потужності вибирається номінальна потужність
трансформатора Sном Т . Якщо різниця між потужностями SТ іSном Т незначна
(±10 %) , то для розгляду приймається один варіант, в іншому випадку
розглядається варіант з більшою і меншою стандартною потужністю
трансформатора відносно SТ .
Для перевірки трансформатора на перевантажувальну здатність в
післяаварійному режимі (аварійне відключення одного з двох трансформаторів)
використовується упорядкований типовий графік навантаження, в якому
максимальне навантаження буде відповідати Sпp(6 ст.) об’єкта, згідно чого
робиться масштаб по осі навантажень (рисунок 4.1).
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Попередньо вибираємо трансформатор ТДН-10000/110 із номінальними
параметрами Sном ТР=10 МВ А, Uном В=115 кВ, Uном Н=11 кВ, UКЗ=10,5%, ∆РХХ= 17,5 кВт,
∆РКЗ= 50 кВт .
Для перевірки трансформатора на перевантажувальну здатність в
післяаварійному режимі (аварійне відключення одного з двох трансформаторів)
використовується упорядкований типовий графік навантаження [4], в якому
максимальне навантаження буде відповідати Sрозр об'єкта, згідно чого робиться
масштаб по вісі навантажень (рисунок 4.1).
S кВА
14000
13500
13000 Sмакс
12500 12859
12000
11500
11000 11573
10500
10000 Sн.тр
10287
9500
9000
9252
8500 9001
8000
7500
7716 7716
7000
6500
6000 6430
5500
5000
4500 5144 5144 5144
4000
3500 3858 3858
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1 2 4 5 6 8 11 14 16 19 22 23 24
t год
Рисунок 4.1 – Упорядкований добовий графік навантаження для
вибору трансформаторів ГПП
Коефіцієнт початкового завантаження трансформатора визначаємо згідно
виразу
n
∑ (S2
i ⋅Δt
1 i )
К 1=i
1 = ;
n (4.5)
Sн.тр ∑Δt i
i=1
де Sн.тр – номінальна потужність трансформатора, МВА;
n – кількість ступенів потужності графіка навантаження трансформатора, за
яких навантаження менше або дорівнює номінальному трансформатора, шт;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Δtі – проміжки часу, у які навантажувальна потужність не перевищує
потужність трансформатора, год;
Sі – потужності, що відповідають цім проміжкам часу Δtі , МВА.
(5,14 ⋅1) + (3,85 ⋅1) + (3,85 ⋅2) + (5,14 ⋅1) + (9,25 ⋅1) +
1
+(9 ⋅3) + (7,71⋅3) + (7,71⋅3) + (6,43 ⋅1) + (5,14 ⋅1)
К =
1 = 0,52 .
10 (1+1+ 2 +1+1+ 3+ 3+ 3+1+1)
Коефіцієнт перевантаження трансформатора К2 визначаємо за більшим
значенням із двох величин К`2 та К``2.
Величину К`2 обчислюємо за формулою, згідно виразу
m
∑ (S2
i ⋅Δt i )
К` 1 1=i
2 = ;
m (4.6)
Sн.тр ∑Δt i
i=1
де m – кількість ступенів потужності графіка навантаження, за
яких його більше від номінальної потужності трансформатора;
К` 1 ((11,57 ⋅2) + (10,28 ⋅2) + (12,85 ⋅3))
2 = = 0,34 .
10 (2 + 2 + 3)
Величину К``2 визначаємо за виразом
0,9 ⋅S
К`` = розр
2 ,
Sн.тр
К`` 0,9 ⋅12859,2
2 = =1,16 .
10000
Згідно даного типу трансформатора при відомій температурі
охолоджувального середовища та коефіцієнту початкового навантаження К1 за
допомогою таблиць [6] визначаємо допустиме систематичне перевантаження
К2доп. Робота трансформатора допускається із систематичним перевантаженням,
коли виконується умова
К2доп≥К2
1,4≥1,16.
На основі розрахунків обраний нами трансформатор може систематично
перевантажуватися у вибраних умовах.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.2 Вибір числа та потужності цехових трансформаторів з врахуванням
компенсації реактивної потужності
Цехові трансформаторні підстанції ТП, що живлять силові та, як правило,
освітлювальні електроприймачі, є основними електроустановками систем
розподілення електроенергії напругою до 1000 В.
Цехові трансформаторні підстанції підрозділяються за кількістю,
одиничною потужністю, схемі з'єднання, способу охолодження
трансформаторів, схемі розподільчого пристрою низької напруги.
Кількість трансформаторів цехової ТП визначається, головним чином,
вимогами надійності живлення споживачів [4].
Електроприймачі І категорії необхідно 6живити від двотрансформаторних
підстанцій. Двотрансформаторні підстанції рекомендується також
використовувати для живлення споживачів II категорії.
Живлення окремо споруджених об'єктів загальнозаводського призначення
рекомендується виконувати від двохтрансформаторних підстанцій.
Потужність трансформаторів двохтрансформаторних підстанцій слід
визначати таким чином, щоб при відключенні одного трансформатора було
забезпечено живлення електроприймачів, що вимагають резервування у після
аварійному режиму з урахуванням перевантажувальної здібності
трансформаторів.
При значній кількості трансформаторів цехових ТП та розосередженого
навантаження вибір одиничної потужності допускається користуватися
критеріями:
- при питомої густині навантаження до 0,2 кВА/м2 - 1000, 1600 кВА;
- при питомої густині навантаження 0,2-0,5 кВА/м2 - 1600 кВА;
- при питомої густині навантаження більше ніж 0,5 кВА/м2 - 2500, 1600 кВА.
Але ж ці критерії чинні лише при рівномірному навантаженні.
Для енергоємних підприємств рекомендується уніфіковувати одиничні
потужності трансформаторів.
Вибір числа і економічної потужності цехових трансформаторів
здійснюється одночасно з вибором низьковольтних батарей конденсаторів (НБК)
у такій послідовності на прикладі обраного раніше цеху.
Вибір виконується у два етапи:
1)Вибирається економічне оптимальне число цехових
трансформаторів NТЕ та економічне оптимальне значення потужності НБК
QНК1.
2) Визначається додаткова потужність НБК QНК2 з метою
оптимального зниження втрат потужності в трансформаторах та в мережі
напругою 10 кВ.
Сумарна розрахункова потужність батарей конденсаторів складає
QHK = QHK1 + QHK2, (4.7)
де QНК1 та QНК2 - сумарні потужності НБК, які визначаються на першому
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
та другому етапах.
Вибір оптимальної кількості цехових трансформаторів
Потужність цехових трансформаторів рекомендується визначати за
питомою густиною навантаження, кВА/м2
S
δ = ТПцеху
s ; (4.8)
S
де SТПцеху - в даному випадку максимальне навантаження цеху, кВА;
S- площа приміщення, м2.
δ 2294,4
s = = 2,29 .
1000
Мінімальне число цехових трансформаторів Nmin однакової потужності SН.ТР, що
призначені для живлення технологічно зв’язаних навантажень:
P
N = м
min + ΔN; (4.9)
к з ⋅Sн.тр
де Рм. – максимальне активне навантаження даної ТП, кВт;
кз – коефіцієнт завантаження трансформатора, (для двохтрансформаторних
підстанцій приймається 0,7 – 0,75), а (для однотрансформаторних – 0,95);
Sн.тр – номінальна потужність трансформатору, кВА;
∆N – дробовий додаток до найближчого цілого числа.
N 2106,7
min = + 0,25 = 2 шт ,
0,75 ⋅1600
Економічну кількість трансформаторів Ne знаходимо за виразом
Nе =Nmin +m, Ne = 2 + 0 = 2 шт. (4.10)
де m – додаткова кількість трансформаторів, яка визначається згідно [11]
у функції Nmin, ∆N.
За рахунок ∆N та m з`являється некомпенсована потужність Qmax.Т, яка
передаватиметься через трансформатори в мережу 0,4 кВ, визначається вона за
виразом
Q 2 2
max .T = (Nе ⋅ кз.ф ⋅Sн.тр) - Рр.0,38 ; (4.11)
де кз.ф – фактичний коефіцієнт завантаження,
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
к S
= мТП
з.ф , (4.12)
Ne ⋅Sн.тр
к 2294,4
з.ф = = 0,72.
2 ⋅1600
Qmax.T = (2 ⋅0,72 ⋅1600)2 - 2106,72 = 908,8квар.
Сумарна потужність батарей статичних низьковольтних конденсаторів
QНК1 складе:
Q _
НК1 = Qм0,38 QmaxТ ; (4.13)
де Qм0,38 – сумарна реактивна потужність напругою 0,38 кВ за найбільш
завантажену зміну, квар.
QHK1 =1180,9 - 908,8 = 272,1 квар.
При QНК1 ≤ 0 встановлювати батареї на першому етапі розрахунку не
потрібно. У нашому випадку QНК1 ≥0квар, тобто встановлювати батареї потрібно.
Вибір потужності конденсаторних батарей для зниження втрат
потужності у трансформаторах.
Додаткова потужність статичних конденсаторів QНК2 з врахуванням
оптимального зниження втрат потужності визначається за формулою
Q _
HK2 = Qм Q _
HK1 γ ⋅ N е ⋅Sн.тр ; (4.14)
0,38
де γ– розрахунковий коефіцієнт, який визначається у функції показників К1 К2,
схеми та напруги високовольтної розподільчої мережі (для радіальної мережі
γвизначається згідно рисунок 4.8, для магістральної схеми - рисунок 4.9. для
двоступеневої схеми живлення трансформаторів від РП 6-10 кВ, на яких
К
відсутні джерела реактивної потужності γ = р1 [11]).
60
Показник К1 характеризує відношення питомих витрат на низько та
високовольтні конденсатори і в практичних розрахунках для енергетичної
системи України при кількості робочих змін 3 дорівнює 11, при двозмінній
роботі - 12, при однозмінній - 24. Показник К2 враховує віддаленість ТП від РП
ГПП та потужність трансформаторів. Його чисельне значення беруть згідно з
даними таблиці 4.7 у залежності від потужності трансформаторів та довжині
живлячої лінії [11].
Q _ _
HK2 =1180,9 272,1 (0,18 ⋅2 ⋅1600) = 332,8 квар .
Якщо в розрахунках отримаємо, що QНК2<0квардодатково встановлювати
конденсаторні батареї не потрібно.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Сумарна розрахункова потужність батарей конденсаторів складає
QHK = QHK1 + QHK2, (4.15)
QНК=272,1+332,8=604,9 квар.
По результатам розрахунків, згідно ПУЕ (глава 5.6), вибираємо
конденсаторні установки марки УКЛН-0,38-300-150 У3 потужністю 150 квар і
напругою живлення 0,38 кВ. Сумарна потужність двох блоків конденсаторних
батарей становить QHK,ТП−2 = 300 квар.
Аналогічно проводимо розрахунки для інших цехів і результати заносимо
у таблицю 4.1.
4.3 Компенсація реактивної потужності на підприємстві
Вибір потужності засобів компенсації відбувається згідно "Вказівок щодо
проєктування компенсації реактивної потужності у електричних мережах
промислових підприємств [11].
При виборі засобів компенсації реактивної потужності вихідними даними є
максимальна реактивна потужність Qм та вхідна реактивна потужністьQек , що
погоджена з енергопостачальною організацією на межі балансової
приналежності.
Максимальна реактивна потужність на шинах розподільчого пункту 10 кВ
підстанції, яка повинна бути скомпенсована високовольтними батареями
статичних конденсаторів визначається за виразом
Q _ _
ек = кн.с ⋅Qм + ∆Qтр Qек ΣQнкф , (4.16)
де кнс – коефіцієнт, що враховує не співпадіння за часом найбільшого
навантаження заводу з максимумом навантаження енергосистеми (для
нашого випадку кнс =0,89)
Qм
∆Qтр
∑Qнк.ф – сумарна встановлена потужність низьковольтних
конденсаторних батарей, квар.
Qек – економічна узгоджена реактивна потужність з енергосистемою
в часи її максимуму навантаження, квар.
Qвк = 0,92 ⋅6303,1+1199,3− 468,1− 2930 = 3600 квар.
Згідно отриманого значення приймаємо до встановлення [11] два
комплекти високовольтних блоків статичних конденсаторів. Марки прийнятих
блоків статичних конденсаторів УКЛ-10,5-1800 У3. Сумарна ємність блоків
статичних конденсаторів складає ΣQБСК10=3600 квар, при номінальній напрузі
живлення 10,5 кВ.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
5 ВИБІР СХЕМИ ВНУТРІШНЬОЗАВОДСЬКОГО
ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ НАПРУГОЮ 10 (6) кВ
5.1 Вибір і обґрунтування схеми і конструкції внутрішньозаводської мережі
Внутрішньозаводський розподіл електроенергії може виконуватися за
магістральною, радіальною або змішаною схемами [5]. Вибір конкретної схеми
залежить від категорії надійності електроприймачів, їхнього територіального
розміщення та особливостей режимів роботи підприємства.
Одноступеневі радіальні схеми застосовуються на невеликих і середніх за
потужністю підприємствах, у яких цехи розташовані в різних напрямках від
ГПП. Такі схеми забезпечують глибоке секціонування системи
електропостачання — від джерела живлення до збірних шин цехових
підстанцій.
Живлення потужних підстанцій або розподільчих пунктів здійснюється, як
правило, не менше ніж двома радіальними лініями, що підключаються до різних
секцій джерела живлення.
Окремо розташовані однотрансформаторні підстанції потужністю 400–630
кВА можуть отримувати живлення по одиночних радіальних лініях без
резервування за умови відсутності споживачів I та II категорій і можливості
оперативного відновлення лінії. Якщо на таких підстанціях є споживачі II
категорії, їх живлення повинно здійснюватися двома кабельними лініями з
відповідними комутаційними апаратами на кожній.
Радіальна схема розподілу електроенергії має низку переваг у порівнянні з
магістральною, зокрема високу надійність, простоту експлуатації та
обслуговування, а також підвищену безпеку роботи.
До недоліків радіальних схем належать: нижча економічність через значні
витрати провідникового матеріалу; потреба в додаткових площах для
розміщення силових розподільчих пунктів; обмежена гнучкість мережі при
зміні технологічного процесу або переміщенні обладнання.
Магістральні схеми з розподільчими шинопроводами застосовуються для
живлення споживачів, що виконують єдину технологічну функцію, або при
рівномірному розміщенні обладнання в межах цеху. У таких схемах як
провідники використовуються шинопроводи, кабелі та проводи.
Перевагами магістральних схем є спрощення конструкції підстанційних
щитів, висока гнучкість мережі та можливість переміщення технологічного
обладнання без значної реконструкції електромережі, а також широке
застосування уніфікованих елементів і індустріальних методів монтажу.
Недоліком магістральної схеми є нижча надійність, оскільки при зникненні
напруги на магістралі всі приєднані до неї споживачі втрачають живлення.
З урахуванням розміщення цехів відносно ГПП та категорії надійності
електроприймачів, у проєкті обрано радіальну схему електропостачання,
приклад якої наведено на рисунку 5.1.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 5.1 - Одноступенева радіальна схема розподілення електроенергії
5.2 Розрахунок перерізу розподільчих мереж
Переріз жил кабелів напругою 10 кВ, згідно ПУЕ (розділ 3.3.35 – 2.3.53),
вибираємо за економічною густиною струму з перевіркою на умови нагріву
довготривалим розрахунковим струмом в нормальному та післяаварійному
режимах, на допустиму втрату напруги і на термічну стійкість до струмів
короткого замикання.
За розрахункову потужність кожного трансформатора приймаємо
максимальне навантаження з врахуванням втрат потужності в трансформаторі.
Дані для розрахунків беремо з таблиці 4.1. Втрати активної ΔР т та реактивної
∆Qт потужності в трансформаторі з достатньою для практики точністю
приймаємо рівними відповідно 2% і 10% повної максимальної потужності із
сторони низької напруги трансформатора
Рм10 = Рр0,38 + ∆Рт = Рр0,38 + 0,02 ⋅Sн.тр , (5.1)
Qм10 = Qр0,38 + ∆Qт = Qр0,38 + 0,1 ⋅Sн.тр (5.2)
де Рр0,38; Qр0,38 – розрахункові навантаження на стороні 0,4 кВ
Дані для розрахунків (Рр0,38 , Qр0,38 , Sн.тр ) беремо з таблиці 4.1 та заносимо у
таблицю 5.1 (графа 2, 3 і 4 відповідно).
Величини Рм10Qм10 розраховуємо за співвідношеннями (5.1) і (5.2) та заносимо
у графи 5 і 6 табл. 5.1 відповідно.
Для прикладу
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рм10=2106,7+0,02.1600=2138,7 кВт ,
QМ10=1180,9+0,1. 1600=1340,93 квар.
Розрахункову потужність радіальної лінії визначаємо згідно електричної
схеми живлення і розрахункових потужностей по виразу
S 2 2
Л = (Рм10 ) + (Qм10 ) , (5.3)
S 2 2
Л(ГПП−ТП6) = 2138,7 +1340,9 = 2524,3 кВА.
де Рм10 і Qм10 – відповідно розрахункова активна і реактивна потужність лінії
кожного з трансформаторів, що живиться від цієї лінії;
Дані розрахунків по цьому та інших ТП заносимо до таблиці 5.1 (графа 8).
Отримані тільки таким чином значення SЛ будуть коректними для
визначення перерізу живлячих кабельних ліній.
Розрахунковий струм у кабельної лінії на кожної ділянки (ГПП-ТП6) в
нормальному режимі визначається як
S
I Л,і
р.Л,і = (5.4)
3 ⋅Uн
Для цеху, який обрано у якості прикладу
I 2524,3
р.Л(ГПП−ТП6) = =145,9 А А.
3 ⋅10
Розраховані таким чином значення струму заносимо у таблицю 5.2 (графа 4).
Згідно економічної густини струму jеквизначаємо стандартний переріз Fек
кабельної лінії, по якому визначається тривалий допустимий струм Ідоп, значення
якого заносимо у графу 6 таблиці 5.2.
F І 145,9
ек = = =104,2 мм2.
jек 1,4
Розрахунковий переріз кабелів для лінії (ГПП – ТП2) 35 мм2, тому ми
приймаємо відповідний переріз кабелю марки АСБГ (3×150), що має переріз 150
мм2, Іном.каб=305 А.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 5.1 – Розрахунок електричних навантажень на стороні 10 кВ ТП
Р
№ ТП р0,38 , Qр0,38 , Sн.тр , Рм10 , Qм10 , Sл
кВт квар кВА кВт квар кВА
1 2 3 4 5 6 7 8
ТП-1 2 150 284,2 400 517,4 324,2 610,6
ТП-2 2 900 1767,3 2500 2981,9 2017,3 3600,2
ТП-3 2 200 595,5 1000 1016 695,5 1231,3
ТП-4 2 600 1317,4 1600 2008,3 1477,4 2493,2
ТП-5 2 80 199,9 400 345,1 239,9 420,3
ТП-6 2 600 1180,9 1600 2138,7 1340,9 2524,3
ТП-7 2 400 957,9 1600 1378,5 1117,9 1774,8
Виконуємо перевірку обраного кабелю на допустимий струм в
нормальному режимі роботи за співвідношенням [12]
Iр.Л ≤ Iдоп ⋅К1⋅K2 ;
де К1 – поправний коефіцієнт, що залежить від температури землі та
повітря К1=1,05;
К2 – поправний коефіцієнт, що залежить від кількості кабелів
прокладених паралельно К2=0,9;
Ідоп– тривалий допустимий струм на один кабель в нормальних
умовах
48,9 ≤135 ⋅1,05 ⋅ 0,9 =127,5А.
Перевірка на допустимий струм в післяаварійному режимі відбувається за
виразом
2 ⋅ Iл ≤ Iдоп ⋅К1⋅K 2 ⋅К3
де К3 - допустиме короткочасне перевантаження кабельної лінії К3=1,25
Для нашого випадку
2 ⋅145,9 ≤ 275 ⋅1,04 ⋅ 0,87 ⋅1,25 = 311А
тобто умова виконується.
Втрата напруги в лінії в нормальному режимі роботи повинна бути не
більше (5%.Uн=52,5 В) і визначається за виразом
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Кількість т-рів
шт
∆U = 3 ⋅ Ір.Л ⋅Lкл (r0 ⋅ cosφ + x0 ⋅ sin φ), (5.5)
де L – довжина лінії, км;
r0,x0 - відповідно питомий активний та реактивний опір лінії, Ом/км;
cosφ – коефіцієнт потужності навантаження лінії
Значення cosφ та sinφ знаходимо з відомого співвідношення,
використовуючи дані для відповідної кабельної лінії.
Для лінії ГПП–ТП6
сosφ Рм10 2138,7
= = = 0,84 ,
Sл 2524,3
sin φ = 1− cos2 φ, sin φ = 1− 0,842 = 0,54
Втрата напруги в кабельної лінії, що розглядається у якості прикладу,
буде
ΔU = 3 ⋅145,9 ⋅ 0,1 ⋅ (0,256 ⋅ 0,84 + 0,063 ⋅ 0,54) = 6,29 В.
Таким чином, умова виконується, так як
∆U = 6,3≤ 0,05 ⋅Uном = 52 В.
Аналогічно виконуємо розрахунки для інших кабельних ліній і дані
заносимо в таблицю 5.2.
Таблиця 5.2 – Вибір перерізу кабельних ліній напругою 10 кВ
Ділянка Lкл, SЛ, IрЛ, Fек, Iдоп, Прийнята F 2
кабелю м кВА А мм2 А мм2 Прийнята F, мм
ГПП-ТП1 270 610,6 35,3 25,2 75 16 АСБГ(3×16)
ГПП-ТП2 60 3600,2 208,1 148,6 400 240 АСБГ(3×240)
ГПП-ТП3 160 1231,3 71,2 50,9 140 50 АСБГ(3×50)
ГПП-ТП4 90 2493,2 144,1 102,9 275 150 АСБГ(3×150)
ГПП-ТП5 110 420,3 24,3 17,4 75 16 АСБГ(3×16)
ГПП-ТП6 100 2524,3 145,9 104,2 275 150 АСБГ(3×150)
ГПП-ТП7 240 1774,8 102,6 73,3 205 95 АСБГ(3×95)
ГПП-БСК10 10 1800 102,8 73,4 205 95 АСБГ(3×95)
де БСК10 – ємкісна потужність блока статичних конденсаторів 10 кВ, що
встановлені в приміщені КРУН-10 кВ ГПП.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
6 РОЗРАХУНОКСТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В МЕРЕЖАХ
ВИЩЕ 1000В
6.1. Вихідні дані для розрахунків
Основною причиною порушення нормального режиму роботи СЕП є
виникнення короткого замикання в мережі або в елементах електрообладнання
внаслідок пошкодження ізоляції або неправильних дій обслуговуючого
персоналу.
Вихідними даними для розрахунку струмів короткого замикання, згідно
ПУЕ розділ 1.4.9 – 1.4.13, є прийнята схема електропостачання та величина
потужності короткого замикання на шинах районної підстанції. Розрахункова
схема мережі і схема заміщення зображені на рисунку 6.1.
Sк.з. 110 кВ.
ПЛ
К1
Хс
Хпл
ТР
Rпл
К1
Хтр
К3 К2 К4 К5 К2
Л1 Л2 Л3 Хл3 Хл1 Хл2
Rл3 Rл1 Rл2
К3 К4 К5
ТП-2 ТП-6 ТП-7
Рисунок 6.1 – Електрична схема і схема заміщення розрахунку
струмів к.з у високовольтній мережі
Розрахунок струмів короткого замикання виконуємо для найбільш
характерних точок, в яких передбачається встановлення апаратів захисту.
Розрахунок виконуємо у відносних базисних одиницях, при цьому всі опори
схеми заміщення приводяться до базисних умов.
За базисні умови приймаємо:
Sб =100 МВА, Uб1 =115 кВ, Uб2 =10,5 кВ
S
I = б
б ,
3 ⋅ Uб
I 100
б1 = = 0,5кА,
3 ⋅115
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
I 100
б1 = = 5,5 кА.
3 ⋅10,5
Визначаємо опори схеми заміщення у відносних базисних одиницях:
– електричної системи
Х S
с =
б ,
Sк.з.
Х 100
с = = 0,038 .
2600
– повітряної лінії 110, кВ
R = r ⋅ l S
⋅ б
пл 0л л U2 ,
б1
R 100
пл = 0,38 ⋅55 ⋅ = 0,158;
1152
X S
= x ⋅ l ⋅ б
пл 0л л 2 ,
Uб1
Хпл = 0,06 ⋅55 100
⋅ = 0,025.
1152
– трансформатора ГПП
U S
Х тр = кз ⋅ б ,.
100 Sн.тр
де Uкз – напруга короткого замикання трансформатора [8], %;
Sн.тр – номінальна потужність трансформатора, МВА;
Х 10,5 100
тр = ⋅ =1,05.
100 10
6.2. Розрахунок струмів з трифазного короткого замикання в
характерних точках
В точці К1
Визначаємо сумарний реактивний і активний опір до розглядаємої точки к.з
і визначаємо повний опір
Струм короткого замикання в розглядаємій точці визначаємо за виразом
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
І
І б1
кз(К1) = ,
Х 2 2
сум(К1) + R сум(К1)
І 0,5
кз(К1) = = 2,94 кА.
0,0632 + 0,1582
Хсум(К1) = Хс + Хпл ,
Хсум(К1) = 0,038+ 0,025 = 0,063;
R сум(К1) = R пл ,
Rсум(К1) = 0,158 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К1) визначаємо за виразом:
і уд(К1) = 2 ⋅ Ікз(К1) ⋅ к уд(К1) ;
де куд – ударний коефіцієнт, що визначаємо за виразом
R
3,14( сум(К1)
− )
к 1 е Х
= + сум(К1)
уд(К1) ,
−3,14( 0,158 )
к 0,063
уд(К1) =1+ 2,718 =1,11.
іуд(К1) = 2 ⋅2,94 ⋅1,11= 4,55 кА.
В точці К2
І
І б2
кз(К2) = ,
Х 2
сум(К2) + R 2
сум(К2)
І 5,5
кз(К2) = = 4,89 кА.
1,1132 + 0,1582
Хсум(К2) = Хс + Хпл + Х тр ,
Хсум(К2) = 0,038+ 0,025+1,05 =1,113;
R сум(К2) = R пл ,
Rсум(К2) = 0,158 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К2) визначаємо за виразом:
і уд(К2) = 2 ⋅ Ікз(К2) ⋅ к уд(К2) ;
іуд(К2) = 2 ⋅4,89 ⋅1,01= 6,89 кА,
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
R
3,14( сум(К2)
− )
к 1 Х
= + е сум(К2)
уд(К2) ,
−3,14(0,158)
к 1,113
уд(К2) =1+ 2,718 =1,01.
В точці К3
І
І б2
кз(К3) = ,
Х 2 2
сум(К3) + R сум(К3)
І 5,5
кз(К3) = = 4,58 кА.
1,1732 + 0,2592
Хсум(К3) = Хс + Хпл + Х тр + Х л1 ,
Хсум(К3) = 0,038+ 0,025+1,05+ 0,06 =1,173;
R сум(К3) = R пл + R л1 ,
Rсум(К3) = 0,158+ 0,101= 0,259 .
Ударний струм короткого замикання в точці (К3) визначаємо за виразом:
і уд(К3) = 2 ⋅ Ікз(К3) ⋅ к уд(К3) ;
іуд(К3) = 2 ⋅4,58 ⋅1,01= 6,47 кА,
R
−3,14( сум(К3) )
к 1 е Х
= + сум(К3)
уд(К3) ,
0,259
−3,14( )
к =1+ 2,718 1,173
уд(К3) =1,01.
В точці К4
І
І = б2
кз(К4)
Х 2 + R 2
сум(К4) сум(К4)
І 5,5
кз(К4) = = 4,41 кА.
1,1762 + 0,4142
Хсум(К4) = Хс + Хпл + Х тр + Х л2 ,
Хсум(К4) = 0,038+ 0,025+1,05+ 0,063 =1,176 ;
R сум(К4) = R пл + R л2 ,
Rсум(К4) = 0,158+ 0,256 = 0,414.
Ударний струм короткого замикання в точці (К4) визначаємо за виразом:
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
і уд(К4) = 2 ⋅ Ікз(К4) ⋅ к уд(К4) ;
іуд(К4) = 2 ⋅4,41⋅1,02 = 6,27 кА,
R
−3,14( сум(К4) )
к 1 е Хсум(К4)
уд(К4) = + ,
0,414
−3,14( )
куд(К4) =1+ 2,718 1,176 =1,02 .
В точці К5
І
І б2
кз(К5) = .
Х 2 2
сум(К5) + R сум(К5)
І 5,5
кз(К5) = = 4,21 кА.
1,1772 + 0,5632
Хсум(К5) = Хс + Хпл + Х тр + Х л3 ,
Хсум(К5) = 0,038+ 0,025+1,05+ 0,064 =1,177 ;
R сум(К5) = R пл + R л3 ,
Rсум(К5) = 0,158+ 0,405 = 0,563
Ударний струм короткого замикання в точці (К5) визначаємо за виразом
і уд(К5) = 2 ⋅ Ікз(К5) ⋅ к уд(К5) ;
іуд(К5) = 2 ⋅4,21⋅1,02 = 6,02 кА,
R
3,14( сум(К5)
− )
к Х
=1+ е сум(К5)
уд(К5) ,
3,14(0,563
− )
ê óä(Ê5) =1+ 2,718 1,177 =1,02.
Результати розрахунків заносимо до таблиці 6.1
Таблиця 6.1 – Струми короткого замикання в СЕП
Точка к.з Хсум.і, в.о. Rсум.і, в.о. Zсум.і, в.о. Ік.з кА іуд. кА
К1 0,063 0,158 0,17 2,94 4,55
К2 1,113 0,158 1,12 4,89 6,89
К3 1,173 0,259 1,2 4,58 6,47
К4 1,176 0,414 1,25 4,41 6,27
К5 1,177 0,563 1,31 4,21 6,02
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
6.3 Розрахунок струму однофазного короткого замиканняв мережі 110
кВ
Для розрахунку струму однофазного замикання на землю приймаємо
електричну схему трансформатора 110/10 кВ і складаємо схему заміщення
(рисунок 6.2 а; в) з струмом короткого замиканням в точці А. На базі цих схем
приводимо схему нульової послідовності (рисунок 6.3). Розрахунок ведемо у
відносних одиницях.
Індуктивний опір нульової послідовності повітряної ліні визначаємо через
опір лінії прямої послідовності з врахуванням коефіцієнта n, величина якого
залежить від конструктивного виконання лінії, згідно виразу
х л0 = n ⋅ x пл ,
де - коефіцієнт n в залежності від типу монтажу лінії, n=3,5 для дволанцюгової
лінії без тросів
хл0 = 3,5 ⋅0,025 = 0,09
А
Sк.з
а).
А
Хс Хл Хтр1 Хтр2
в).
Рисунок 3.2 – Електрична схема і схема заміщення для розрахунку
однофазного КЗ
А
Хс0 Хл0 Хтр1 0 Хтр2 0
Uл 0
Рисунок 6.3 – Схема для розрахунку опору нульової послідовності
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Опори обмоток нульової послідовності трансформатора залежать від схеми
з’єднання обмоток трансформатора - при схемі з’єднання зірка з нульовим
виводом-трикутник (рисунок 6.3) мають ті ж значення, як і прямої
послідовності.
Однофазний струм короткого замикання на шинах 110 кВ підстанції
визначаємо через трифазний струм к.з
S(1)
к = k ⋅S(3)
к ,
де к – коефіцієнт, значення якого залежить від відстані к.з, від шин районної
0 ≤ k ≤1,5
трансформатора ГПП) k=1,5.
S(1)к =1,5 ⋅2600 = 3900 кВА.
Струм однофазного к.з, на шинах підстанції визначаємо виразом:
S(1)
I (1) = к
kc ,
3 ⋅ U1
де U1 - номінальна напруга на шинах підстанції, U1=110 кВ.
I(1) 3900
kc = = 20,5 кА.
3 ⋅110
Опір нульової послідовності системи ( xco у відносних одиницях)
визначаємо з виразу
I (1)кc 3 ⋅1
= ;
Iб x c1 + x c2 + x co
з цього виразу находимо xС0
3 ⋅1 ⋅ І
х б
со = − х − х ,
І(1) с1 с2
кс
де хс1, хс2 – відповідно опори прямої і оберненої послідовності системи,
х с1 = х с2 = х с .
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
х 3 ⋅1⋅5,5
со = − 0,038− 0,038 = 0,73.
20,5
Згідно з рисунком 6.3 визначаємо результативний опір схеми нульової
послідовності для однофазного струму к.з, як паралельне з’єднання двох гілок
хо = (хсо + х ло ) х тр1о + х тр2о
х (0,73+ 0,09) ⋅ (1,05+1,05)
0 = = 0,6.
(0,73+ 0,09) + (1,05+1,05)
Струм однофазного к.з, у віддаленій точці визначаємо за виразом
І(1) 3 ⋅1⋅ I
kA1 =
б кА.
хрез1 + хрез2 + хо
хрез1 = хрез2 = хс1 + хл1 = 0,038+ 0,025 = 0,063.
І(1) 3 ⋅1⋅5,5
kА1 = = 23,1 кА.
0,063+ 0,063+ 0,6
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
7 ВИБІР ТИПУ ТРАНСФОРМАТОРНОЇ ПІДСТАНЦІЇ ДЛЯ ГПП. ВИБІР
ВИСОКОВОЛЬТНОЇ АПАРАТУРИ. ПЕРЕВІРКА КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ
7.1 Вибір типу трансформаторної підстанції для ГПП
У розділі наводяться відомості щодо конструкції та особливостей
компонування комплектної трансформаторної підстанції (КТП), а також
розподільчих установок високої та низької напруги. Зазначаються сфера
застосування КТП, основні вимоги до місць її встановлення, характеристики
ізоляції, категорії розміщення та інші технічні параметри.
Також подаються основні технічні характеристики й параметри КТП,
описується склад підстанції та, за необхідності, особливості схеми головних
електричних кіл. Матеріал може доповнюватися фрагментами розрізів
підстанції, іншими кресленнями або зображеннями окремих конструктивних
елементів.
7.2 Вибір високовольтних апаратів РУВН
У даному випадку, відповідно до обраної головної схеми підстанції, як
силова комутаційна апаратура використовуються високовольтні вимикачі та
роз’єднувачі.
Вибір обладнання здійснюється шляхом порівняння каталожних параметрів
попередньо обраного апарата з розрахунковими значеннями. Для цього
використовується таблиця 7.1, у першій графі якої наводяться розрахункові дані,
у другій — відповідні каталожні характеристики апарата, а в третій — умови
вибору та перевірки обладнання.
Попередньо обираємо сучасний тип вимикача серії ВГТ-110ІІ*-40/2500У1 з
допустимим нижнім робочим значенням температури оточуючого повітря -
45°С, допустимою швидкістю вітру до 40 м/с, сейсмічності - до 9 балів та
приводом пружинного типу. Результати вибору зводимо в таблицю 7.1
Таблиця 7.1 – Вибір вимикача
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=110 кВ Uном=110 кВ Uн ≤ Uном
Iмах=67,6 А Iном=2500 А Ір ≤ Іном
іуд =4,55 кА Im.дин= 102 кА іу ≤ Іm.дин
Іnt =2,94 кА Iвідкл. =40 кА Іn.t ≤ Івідкл
Вк = І2
t=∞ ⋅ tф = ІТ = 40 кА; tТ = 3 с;
2
2
= 4,552 ⋅0,035 = 0,72 ІТ ⋅ tТ = 4800 ⋅106 В2 ⋅с Вк ≤ ІТ ⋅ tT
де ІТ – нормований струм термічної стійкості апарата;
Вк – тепловий імпульс струму короткого замикання;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Im.дин – амплітудне значення повного струму електродинамічної стійкості
вимикача;
tТ – нормований час термічної стійкості апарата.
Чисельні значення вказаних величин (каталожні дані) взято з [4].
Алгоритм вибору роз'єднувача відрізняється від алгоритму вибору
високовольтного вимикача однією особливістю, а саме: відсутня перевірка
струму відключення.
Попередньо по номінальним даним обираємо роз'єднувач серії РГН-
110/1000 УХЛ1.
Таблиця 7.2 – Вибір роз’єднувача
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=110 кВ Uном=110 кВ Uн ≤ Uном
Iмах=67,6 А Iном=1000 А Ір ≤ Іном
іуд =4,55 кА Im.дин= 80 кА іу ≤ Іm.дин
ІТ = 40 кА; t = 3 с;
Іnt =2,94 кА Т 2
І2 ⋅ t = 4800 ⋅106 В2 ⋅с Вк ≤ ІТ ⋅ tT
Т Т
Остаточно, по даним таблиці обираємо роз'єднувач серії РГН-110/1000
УХЛ1, який на протязі терміну експлуатації (30 років) не вимагає технічного
обслуговування [6].
7.3 Вибір апаратів розподільчої установки РУНН
Силовими апаратами розподільчої мережі є ввідні та секційні вимикачі.
Вибір їх не відрізняється від вибору силових апаратів мережі живлення
Попередньо по номінальним даним обираємо ввідний вимикач навантаження
вакуумний типу NEO ВВ/N10M-630A з вбудованим електромагнітним приводом
[4].
При розрахунках розрахункового струму ввідного вимикача 10 кВ
значення Ір визначаємо за співвідношенням
Таблиця 7.3 – Вибір ввідного вимикача 10 кВ
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=10 кВ Uном=10 кВ Uн ≤ Uном
Iмах(ввід)=707,9 А Iном=1000 А Ір ≤ Іном
іуд =6,89 кА Im.дин= 52 кА іу ≤ Іm.дин
Іnt =4,89 кА Iвідкл. =20 кА Іn.t ≤ Івідкл
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
При розрахунках розрахункового струму секційного вимикача 10 кВ
значення Ір визначаємо за співвідношенням
S
І розр 0,5 ⋅12859,2
р.секц = = = 353,9 А.
2 ⋅ 3 ⋅Uн 3 ⋅10,5
Попередньо по номінальним даним обираємо секційний вимикач
вакуумний типу ВВЗ-10-20/630 УЗ з вбудованим електромагнітним приводом
[4].
Таблиця 7.4 – Вибір секційного вимикача 10 кВ
Розрахункові дані Каталожні дані Умови вибору
1 2 3
Uн=10 кВ Uном=10 кВ Uн ≤ Uном
Iмах(секційний)=353,9 А Iном=630 А Ір ≤ Іном
іуд =6,89 кА Im.дин= 80кА іу ≤ Іm.дин
Іnt =4,89 кА Iвідкл. =20 кА Іn.t ≤ Івідкл
Вк = І2
t=∞ ⋅ tф = ІТ = 20 кА; t
Т = 3 с;
2 6 2 Вк ≤ І2
Т ⋅ tT
= 6,892 ⋅0,12 = 5,69 ІТ ⋅ tТ =1200 ⋅10 В ⋅с
7.4 Вибір трансформаторів струму
Трансформатори струму, згідно ПУЕ (розділ 1.6.6 – 1.6.8), вибираємо за
номінальною напругою, первинному та вторинному струмам, за родом
встановлення, конструкції, класу точності та перевіряємо на термічну стійкість
при короткому замиканні таблиця 6.1.
Попередньо обираємо трансформатор струму напругою 10 кВ типу
ТШЛП-10К
Таблиця 7.5 – Вибір трансформатора струму напругою 10 кВ
Розрахункові дані Каталожні дані
Uн=10 кВ Uном=10 кВ
Iмах(ввід)=707,9 А Iном=1000 А
ідин = kдин ⋅ 2 ⋅ І =
іуд =6,89 кА ном1
= 30 ⋅1,4 ⋅1000 кА=42 ⋅103 кА
Вк = І2
n ⋅ tк = (6,82 ⋅103 )2 ⋅0,055 = ІТ = 31,5 кА; tТ = 4 с;
= 2,55 ⋅106 В2 ⋅ с І2
Т ⋅ t
6 2
Т = 3969 ⋅10 В ⋅с
Номінальний струм вторинної обмотки I2Н =5 А, допустима потужність S2Н
вторинної обмотки при cosϕ = 0,8 клас точності 0,5 складає 15, ВА.
Сумарний опір приладів, Ом:
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ΣS
r = прил
прил , (7.1)
I 2
2Н
де Sприл – сумарна потужність приєднаних приладів (лічильники активної та
реактивної енергії та ін.),Sприл = 7 (ВА).
r 7
прил = = 0,28 .
52
Опір контактів rк = 0,1 Ом.
Опір з'єднувальних проводів, Ом:
S − I2
r = 2Н 2Н (rприл + rк )
пров 2 , (7.2)
I2Н
2
r 15− 5 ⋅ (0,28+ 0,1)
пров = 2 = 0,22.
5
Довжина проводів lпров = 25 м.
Розрахункова довжина проводів при з'єднанні в зірку lp = lпров = 25 м.
Переріз з'єднувальних проводів, мм2:
lp ⋅ρ Fпров. = , (7.3)
rпров .
F 25 ⋅ 0,02
пров = = 2,27.
0,22
Приймаємо найближчий стандартний переріз проводу з перерізом F = 2,5 мм2 .
Визначаємо фактичний опір проводів, rпров.ф .
rпров.ф + rприл. < rн = 0,6 Ом,
0,2+0,28=0,48<0,6.
Якщо виконується умова тоді обраний трансформатор струму забезпечить
допустиму похибку в межах класу точності 0,5.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
7.5 Вибір трансформаторів напруги
У мережі 10 кВ, відповідно до вимог ПУЕ (розділ 1.6.9), до встановлення
приймається трансформатор напруги типу НТМИ–10–66У3. Розрахунок
навантаження основної обмотки трансформатора наведено у таблиці 7.6.
Таблиця 7.6 – Розрахунок навантаження трансформатора напруги
Потужність, що Потужність, що
Прилад Тип споживається Кількість cosφ споживається
котушкою, Вт котушок tgφ P, Q, S,
Вт вар ВА
Вольтметр ЕВ0302 0,016 1 0,55/1,5 0,016 0,024 0,028
Лічильник СЛ -7000 0,016 2 0,65/1,17 0,032 0,037 0,048
Всього: - - 3 - 0,048 0,061 0,077
Так як номінальна потужність трансформатора напругою 10 кВ в класі
точності 0,5 ⋅S2H =120 ВА більше ніж Sф = 0,077 ВА, трансформатор напруги
буде працювати з допустимою похибкою.
7.6 Перевірка кабелів на термічну стійкість
Мінімально допустимий переріз кабелю за умовою термічної стійкості до
струмів короткого замикання визначається відповідно до вимог ПУЕ (розділи
1.4.16–1.4.18) за таким співвідношенням [1]
l∞⋅ t
F пр
min = , (7.4)
С
Приведений час можна визначити по виразу
tпр=tзах+tвідкл
де tзах – тривалість дії захисту, с;
tвідкл – тривалість дії вимикаючої апаратури, с.
tпр=0,08+0,055=0,135 с.
У такому разі
F 4560 ⋅ 0,135
min = =19,7 мм2 .
85
Розглянутий нами відрізок кабельної лінії (ГПП-ТП2), що має переріз F=35
мм2 повністю задовольняє умовам термічної стійкості, під час дії ударних
струмів КЗ.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8 РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЦЕХУ
Цехові електричні мережі промислових підприємств, як правило,
виконуються на напругу до 1000 В, при цьому найбільш поширеною є напруга
380 В.
Під час вибору схеми та конструктивного виконання цехової мережі
враховуються такі фактори:
– вимоги до надійності електропостачання та можливості резервування;
– режими роботи електроприймачів;
– характер і особливості їх розміщення в межах цеху;
– номінальні значення струмів і напруг;
– вплив мікрокліматичних умов виробничих приміщень.
Електричні мережі напругою до 1000 В класифікуються за конструкцією
провідників, способом ізоляції та методом прокладання.
За способом ізоляції мережі поділяються на дві основні групи:
- мережі, виконані голими проводами та шинами (повітряні лінії,
струмопроводи);
- мережі, виконані кабелями та ізольованими проводами
(електропроводки).
У цехових мережах широко застосовуються шинопроводи різного
призначення та конструктивного виконання.
8.1 Вибір схеми і конструкції електричних мереж цеху
Вибір конструкції цехової електричної мережі та способу її виконання під
час проєктування здійснюється на основі аналізу технологічного процесу, умов
навколишнього середовища, а також вимог електро- та пожежної безпеки
відповідно до ПУЕ.
У даному підрозділі бакалаврської роботи на основі комплексного аналізу
визначальних факторів, зокрема розташування технологічного обладнання на
плані цеху, вимог до надійності електропостачання електроприймачів,
характеру електричних навантажень та їх розподілу по площі цеху, обирається
найбільш доцільний тип схеми електропостачання. Кожен вид схеми має власну
раціональну область застосування.
На рисунку 8.1 наведено приклад простої радіальної схеми цехової
електричної мережі.
У практиці проєктування магістральні або радіальні схеми у чистому
вигляді застосовуються порівняно рідко. Найбільш поширеними є змішані
схеми електропостачання. Проте в окремих випадках саме використання
спрощеної схеми може бути найбільш технічно та економічно обґрунтованим
рішенням.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 8.1 – Радіальна схема цехової електричної мережі
8.2 Розрахунок внутрішньоцехових освітлювальних систем
8.2.1 Загальні відомості
На промислових підприємствах близько 10 % споживаної електроенергії
витрачається на електричне освітлення.
Раціонально спроєктовані освітлювальні установки забезпечують
ефективне використання електроенергії, підвищують якість продукції,
знижують втому працівників, а також сприяють зменшенню кількості аварій та
виробничого травматизму.
Проєктування освітлювальних установок складається зі світлотехнічної та
електротехнічної частин [7].
У світлотехнічній частині вирішуються такі завдання: вибір типів джерел
світла та світильників, визначення оптимальної висоти їх встановлення і схеми
розміщення, а також розрахунок якісних характеристик освітлювальної
установки.
Електротехнічна частина включає визначення розрахункового
навантаження освітлення, вибір схеми живлення освітлювальної мережі, марки
та перерізу проводів, а також способу прокладання мережі.
Першим етапом проєктування системи освітлення є аналіз об’єкта,
необхідний для формування повного уявлення про умови освітлення. На
наступному етапі обираються вид та система освітлення.
Норми освітленості базуються на класифікації зорових робіт, основним
критерієм якої є мінімальний розмір об’єкта розрізнення. Залежно від розряду
виконуваних робіт встановлюються нормативні рівні освітленості та вимоги до
якісних показників освітлювальних установок: показника засліпленості
(дискомфорту), коефіцієнта пульсації, передачі кольору та рівномірності
освітлення [7].
Світлотехнічна частина проєкту також передбачає вибір найбільш
ефективних типів світильників для конкретних приміщень з урахуванням умов
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
експлуатації та можливих технічних обмежень, а також визначення принципу їх
розміщення.
Під час проєктування освітлювальних установок необхідно враховувати
умови експлуатації освітлення у виробничих приміщеннях.
Штучне освітлення поділяється на загальне та комбіноване, при якому до
загального освітлення додається місцеве освітлення робочих місць. Якість та
економічність освітлювальних установок значною мірою залежать від
правильного вибору системи освітлення.
Система загального освітлення призначена для освітлення всього
приміщення, включаючи робочі поверхні. Загальне освітлення може
виконуватися з рівномірним або нерівномірним розміщенням світильників під
стелею приміщення.
Рівномірне розміщення світильників застосовується у виробничих
приміщеннях, де технологічне обладнання розташоване рівномірно по всій
площі та умови зорової роботи є однаковими. Якщо ж окремі ділянки
приміщення потребують різних рівнів освітленості, світильники розміщують
локалізовано — відповідно до розташування робочих місць або технологічного
обладнання.
Локалізоване освітлення доцільно застосовувати у приміщеннях зі
стаціонарним великогабаритним обладнанням (вентиляційні камери, пічні
відділення тощо), а також там, де робочі місця згруповані або виконуються
роботи різної точності, що потребують різних рівнів освітленості.
Система комбінованого освітлення використовується у приміщеннях, де
виконуються точні зорові роботи та потрібний підвищений рівень освітленості.
При цьому освітленість, створювана світильниками загального освітлення,
повинна становити не менше 10 % від нормованого значення для комбінованої
системи. Використання лише місцевого освітлення без загального нормативами
не допускається.
За функціональним призначенням електричне освітлення поділяється на
робоче, аварійне та спеціальне (чергове, охоронне, евакуаційне, вказівне).
Робоче освітлення передбачається у всіх приміщеннях і забезпечує
нормативний рівень освітленості робочих поверхонь.
Аварійне освітлення необхідне у випадках, коли раптове вимкнення
робочого освітлення може призвести до вибуху, пожежі, масового травматизму,
тривалого порушення технологічного процесу або припинення роботи важливих
об’єктів (систем водопостачання, вузлів зв’язку, пожежних постів,
електрощитових тощо).
Аварійне освітлення для продовження роботи повинно забезпечувати
освітленість на робочих місцях не менше 5 % від нормованого рівня робочого
освітлення при системі загального освітлення, але не менше 2 лк.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 72
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8.2.2 Розрахунок освітленості
Розрахунок освітлення цеху може виконуватися методом світлового
потоку (методом коефіцієнта використання) або іншими відомими методами
розрахунку освітлювальних установок.
Для прикладу нижче наведено розрахунок освітлення, виконаний методом
світлового потоку.:
Ф кз ⋅Еmin ⋅S ⋅ z= , (8.1)
N ⋅ η
де кз – коефіцієнт запасу, визначається за довідником [7];
Еmin – мінімальна освітленість, лк;
S– площа освітлювального приміщення, м2;
E
z – коефіцієнт нерівномірності освітлення, z = cp =1,1…1,15 ;
Emin
N – прийнята кількість світильників, шт.;
η– коефіцієнт використання світлового потоку.
Коефіцієнт використання світлового потоку визначається за довідковими
таблицями залежно від типу обраного світильника, коефіцієнтів відбиття
поверхонь приміщення та індексу приміщення i, який розраховується за таким
виразом:
i A ⋅B
= , (8.2)
(A + B) ⋅h
де А, В, h – відповідно довжина, ширина приміщення і висота підвісу
світильника, м.
Залежно від отриманого значення світлового потоку обирається
конкретний тип світильника. При цьому світловий потік прийнятого
світильника не повинен бути меншим ніж на 10 % від розрахункового значення
та не повинен перевищувати його більш ніж на 20 %.
У разі недотримання зазначених умов змінюється кількість світильників,
після чого розрахунок виконується повторно. Приймаємо остаточно прийняте
рішення щодо кількості та типу світильників λе = Lв / h =1, тоді отримаємо
відстань між світильниками
Lв = λе ⋅h. (8.3)
Розрахунок кількості світильників у ряду та кількості рядів виконується з
урахуванням геометрії приміщення та прийнятої схеми їх розміщення. Приклад
розташування світильників наведено на рисунку 8.2.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 73
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 8.2 – Приклад розміщення світильників цеху:
hc – відстань від стелі до світильника, Lв – відстань між світильниками,
l – відстань від крайнього ряду до стіни; Lа – відстань між рядами
Після вибору схеми розміщення світильників виконується перевірка рівня
освітленості в найбільш характерній точці методом ізолюкс (точковим методом)
за просторовими кривими світлорозподілу прийнятого світильника відповідно
до наведеного виразу
n
Фсв ⋅µ ⋅∑ei
Е = i=1 , (8.4)
1000 ⋅к3
де Фсв – світловий потік прийнятого світильника, лм;
µ – коефіцієнт неврахування освітленості від інших світильників,
µ =1,1 1,2 ;
n
∑ei – сума освітленості від світильників згідно кривих просторових
i=1
ізолюкс, лк;
n – кількість врахованих світильників.
Виконаємо розрахунок освітлення цеху методом світлового потоку.
Виходячи з розряду зорових робіт та відповідно до вимог ПУЕ (розділи 6.1.1–
6.1.11), за нормами освітленості [7] визначаємо нормативний рівень освітленості
системи загального освітлення цеху Ен = 200 лк.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 74
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
F Кз ⋅Еmin ⋅S ⋅z
p = , (8.5)
N ⋅Кв
де Кз – коефіцієнт запасу, визначається за довідником [7];
Emin – мінімальна освітленість, лк;
S – площа освітлювального приміщення, м2;
z – коефіцієнт нерівномірності освітлення, z=1,1 – 1,15;
N – прийнята кількість світильників, шт;
Кв – коефіцієнт використання світлового потоку.
З таблиці 10.4 [7] приймаємо λе=Lв/h=1, тоді отримаємо відстань між
світильниками
Lв = λе ⋅ h, (8.6)
Lв =1 ⋅ 5,8 = 5,8 м.
Приблизну кількість світильників визначаємо за виразом
N A ⋅B
= , (8.7)
L2
в
N 48 ⋅50
= 2 = 71,3 ≈ 72 шт.
5,8
Коефіцієнт використання світлового потоку визначається за довідниковими
таблицями залежно від типу прийнятого світильника, коефіцієнтів відбиття
поверхонь приміщення та індексу приміщення, який розраховується за
наведеним виразом
і А ⋅В
= ;
h(А + В)
(8.8)
і 66 ⋅66
= = 2,8.
11,8 ⋅ (66 + 66)
де h – висота підвісу світильника, м.
F 1,6 ⋅200 ⋅4356 ⋅1,1
p = = 65349,9 лм.
32 ⋅0,75
В залежності від отриманої величини світлового потоку приймаємо
світильник типу РСП11-01 з чотирма лампами типу ДРЛ, Рл= 1 кВт, що має
світловий потік Фл=57000 лм. Загальний світловий потік від світильника буде
становити Фсв=57000 лм.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 75
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Обрані лампи за світловим потоком відрізняється від розрахункового на
F
% cв − Fр 100% 57000− 65349,9
∆ = ⋅ = ⋅100% = 0,2%
F 57000 (8.9)
р
що є допустимо.
Згідно з результатами проведеного розрахунку можна зробити висновок,
що встановлена в приміщенні цеху світлотехнічна арматура загального
призначення з лампами типу ДРЛ повністю відповідає вимогам СНіП ІІ-4-79
щодо нормованого рівня освітленості робочої зони цеху.
8.2.3 Електропостачання освітлювальних установок
Відповідно до вимог ПУЕ для живлення світильників загального
освітлення повинна застосовуватися напруга не вище 380/220 В змінного струму
при заземленій нейтралі, а також не вище 220 В змінного струму при
ізольованій нейтралі та в мережах постійного струму.
Для окремих ламп допускається використання напруги не вище 220 В, що
є допустимим для всіх стаціонарних світильників незалежно від висоти їх
встановлення у приміщеннях без підвищеної небезпеки. У приміщеннях з
підвищеною небезпекою та особливо небезпечних, при встановленні
світильників загального освітлення з лампами розжарювання на висоті менше
2,5 м і за відсутності спеціальної конструкції світильника, яка унеможливлює
доступ до лампи без інструменту, повинна застосовуватися напруга не вище 42
В.
Світильники з люмінесцентними лампами на напругу 127–220 В
допускається встановлювати на висоті менше 2,5 м від підлоги за умови
виключення випадкового дотику до струмоведучих частин.
Для живлення ксенонових, дугових та натрієвих ламп, розрахованих на
напругу 380 В, а також пускорегулюючих апаратів для газорозрядних ламп зі
спеціальними схемами (зокрема трифазними або з послідовним з’єднанням
ламп), допускається застосування напруги не вище 380 В, включно з фазною
напругою системи 660/380 В із заземленою нейтраллю за таких умов:
- введення у світильник або ПРА повинно виконуватися проводом чи
кабелем з мідними жилами та ізоляцією на напругу не менше 660 В;
- забороняється вводити у світильник два або три проводи різних фаз
системи 660/380 В;
- на світильнику повинен бути нанесений попереджувальний знак із
зазначенням напруги «380 В» при встановленні в приміщеннях з
підвищеною або особливою небезпекою;
- має забезпечуватися одночасне відключення всіх фазних провідників, що
підводяться до світильника (включаючи багатолампові світильники
системи 380/220 В, за винятком приміщень без підвищеної небезпеки).
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 76
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для світильників місцевого стаціонарного освітлення з лампами
розжарювання допускається напруга не вище 220 В у приміщеннях без
підвищеної небезпеки та не вище 42 В у приміщеннях з підвищеною та
особливою небезпекою. Допускається також застосування напруги до 220 В для
світильників спеціального виконання, зокрема тих, що є частиною аварійного
освітлення, підключеного до незалежного джерела живлення, або встановлених
у приміщеннях з підвищеною небезпекою (крім особливо небезпечних).
Для місцевого освітлення допускається використання світильників з
люмінесцентними лампами на напругу 127–220 В за умови виключення
випадкового контакту зі струмоведучими частинами. У сирих, особливо сирих,
жарких приміщеннях та середовищах з хімічною активністю такі світильники
допускаються лише у спеціально захищеній арматурі.
Для живлення переносних ручних світильників у приміщеннях з
підвищеною та особливою небезпекою повинна застосовуватися напруга не
вище 42 В, а в особливо несприятливих умовах — не вище 12 В.
Схеми живлення освітлювальних установок повинні забезпечувати:
- необхідний рівень надійності електропостачання;
- стабільність та нормативний рівень напруги джерела живлення;
- простоту та зручність експлуатації;
- економічність системи.
У більшості випадків освітлювальні навантаження живляться від силових
цехових трансформаторів 6(10)/0,38 кВ із заземленою нейтраллю вторинної
обмотки.
Застосування окремих освітлювальних трансформаторів обмежується
випадками, коли характер силового навантаження не забезпечує необхідну
якість напруги, коли для силових споживачів використовується напруга понад
380 В, або коли система напруг 380/220 В чи 220/127 В є недопустимою за
умовами безпеки.
В освітлювальних мережах розрізняють лінії живлення та групові лінії.
Лінія живлення з’єднує джерело живлення з груповими щитками освітлення,
тоді як групові лінії забезпечують підключення світильників до цих щитків.
Групові щитки оснащуються ввідним апаратом захисту та захисними
апаратами на кожну відхідну групову лінію. Відповідно до ПУЕ, струм захисних
апаратів групових ліній не повинен перевищувати 25 А, за винятком ліній, що
живлять лампи розжарювання потужністю 500 Вт і більше або газорозрядні
лампи потужністю 125 Вт і більше, для яких допустимий струм може становити
до 63 А.
Розрізняють радіальні, магістральні та змішані схеми живлення
освітлювальних установок. Радіальні схеми застосовуються при значних
навантаженнях групових щитків (приблизно 100–200 А) та забезпечують високу
надійність живлення. Магістральні схеми дозволяють зменшити витрати
провідникових матеріалів і апаратури, однак характеризуються нижчою
надійністю. Найбільш поширеними є змішані схеми, які забезпечують
оптимальне поєднання надійності та економічності.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 77
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 8.3 – Різновиди схем живлення освітлювальних установок:
а – радіальна схема; б – магістральна схема; в – змішана схема
Для живлення освітлювальних установок приймається радіальна схема,
що забезпечує підвищений рівень надійності електропостачання.
Систему аварійного освітлення передбачається живити перехресним
способом, тобто від іншого трансформатора порівняно з трансформатором
робочого освітлення (рисунок 8.4).
Рисунок 8.4– Схема живлення освітлювальних установок від
двотрансформаторної підстанції
Визначення розрахункових навантажень системи освітлення
Розрахункова потужність освітлювальної установки визначається на
основі світлотехнічного розрахунку після вибору типу, потужності та кількості
світильників, тобто за встановленою потужністю світильників.
Для освітлювальних установок з газорозрядними лампами необхідно
додатково враховувати втрати в пускорегулювальній апаратурі (ПРА):
����
����роз = кп ∙ кдод ∙�����ном���� , (8.10)
����=1
де кдод – коефіцієнт додаткових втрат, для ламп ЛД кдод = 1,12 [7].
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 78
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Згідно коефіцієнт попиту для дрібних будівель виробничого характеру
складає кп = 1,0.Коефіцієнт попиту для групової
мережі освітлення і всіх ланок мережі аварійного освітлення приймається
рівним 1,0.
Рвст = 32 ⋅1= 32 кВт.
Вибір перерізу провідників освітлювальної мережі за допустимим
струмом навантаження
Провідники освітлювальної мережі повинні відповідати вимогам щодо
гранично допустимого нагрівання в нормальних режимах роботи. Нагрівання
провідників зумовлюється проходженням електричного струму.
Граничні значення нагрівання строго регламентуються ПУЕ, при цьому для
кожного перерізу проводу або кабелю, залежно від його конструкції та способу
прокладання, встановлюється відповідний допустимий тривалий струм (Iдоп, А).
У практичних розрахунках використовуються готові таблиці допустимих
тривалих навантажень, які регламентуються ПУЕ та чинною нормативною
документацією.
Зазначені таблиці складені для нормованих температурних режимів
навколишнього повітря та ґрунту, які становлять відповідно +25°С та +15°С.
Якщо фактичні температури відрізняються від табличних, користуються
коефіцієнтами перерахунку, що наведені в ПУЕ.
Отже, умовою перевірки обраного перерізу провідника за допустимим
струмом навантаження є дотримання встановленого співвідношення:
����доп > ����роз,
де ����роз – розрахунковий струм, що протікає по провіднику, А.
Для проведення порівняння необхідно визначити максимальний
розрахунковий струм кожної ділянки освітлювальної мережі.
Розрахунковий струм для трифазних мереж визначається за таким виразом
���� ∙ 103 3
���� = роз ���� ∙ 10
роз = роз
√3 ∙ ����л ∙ cos���� 3 ∙ ����ф ∙ cos���� , (8.11)
де ����роз – розрахункова потужність, кВт;
����ф,����л – відповідно фазна і лінійна напруга, В;
cos���� – коефіцієнт потужності, для газорозрядних ламп з конденсаторами
cos���� = 0,9.
І 32
р.осв = = 54 А.
3 ⋅0,38 ⋅0,9
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 79
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Визначене значення струму використовується для вибору кабельно-
провідникової продукції та комутаційного обладнання.
8.2.4 Розрахунок освітлювальної мережі за втратами напруги
Даний метод розрахунку передбачає забезпечення допустимих рівнів
напруги на джерелах світла.
Зниження напруги відносно номінальної призводить до зменшення
світлового потоку світильників і, як наслідок, до зниження рівня освітленості на
робочих місцях. Підвищення напруги понад номінальну супроводжується
додатковими втратами електроенергії та скороченням строку служби
світильників, що особливо критично для ламп розжарювання.
Відповідно до [7], напруга на найбільш віддалених лампах внутрішнього
освітлення промислових підприємств, а також у прожекторних установках
зовнішнього освітлення повинна бути не нижчою за 97,5% Uном, а для
найбільш віддалених ламп аварійного та зовнішнього освітлення, виконаного
світильниками, — не нижчою за 95% Uном.
У мережах напругою 12–42 В допускаються втрати напруги до 10% Uном,
якщо відлік ведеться від відводів джерел живлення. Максимальна напруга на
лампах не повинна перевищувати 105% Uном. На затисках газорозрядних ламп
напруга не повинна бути нижчою 90%Uном, на інших лампах – не нижчою
88%Uном.
Величина допустимої втрати напруги в освітлювальній мережі від
джерела живлення до найбільш віддаленої лампи повинна складати:
∆����м = ����хх − ∆����тр − ����������������,
де ∆����м – допустима втрата напруги в мережі;
����хх – напруга холостого ходу трансформатора (на 5% вища від
номінальної);
∆����тр – втрата напруги в трансформаторі;
���������������� – мінімально допустима напруга на затисках лампи.
Розрахунок допустимої величини втрати напруги в освітлювальній мережі
в більшості випадків ведеться у відсотках, однак може виконуватися і в
іменованих одиницях (вольтах).
Втрата напруги в трансформаторі (%) визначається за виразом:
∆����тр = ���� ∙ ��������� ∙ cos���� + �������� ∙ sin�����, (8.12)
де ��������,�������� – відповідно активна і реактивна складові напруги короткого
замикання трансформатора (����КЗ), %;
cos���� – коефіцієнт потужності навантаження вторинного ланцюга
трансформатора;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 80
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
���� – коефіцієнт завантаження трансформатора (відношення розрахункового
навантаження трансформатора до його номінальної потужності).
Активна і реактивна складові напруги короткого замикання
трансформатора (%) визначаються за виразами:
100 ∙ ����
���� КЗ
���� = ���� ; (8.13)
ном.тр
���� = �����2 2
���� КЗ − ����а , (8.14)
де ����КЗ – втрати потужності короткого замикання трансформатора, Вт;
����ном.тр – номінальна потужність трансформатора, кВА.
Розрахунок освітлювальної мережі, як правило, ведеться без урахування
індуктивного опору провідників.
100 ∙ 7,5
�������� = 630 = 1,37 %;
���� = �7,52 − 1,342���� = 5,33 %;
∆����тр = 0,87 ∙ (1,34 ∙ 0,9 +5,33 ∙ 0,44) = 3,08 %;
∆����м = 105 − 3,08 − 97,5 = 4,42 %.
Розрахункове значення втрати напруги на кожній ділянці освітлювальної
мережі (%) визначається за виразом:
����
∆���� = ���� ∙ ���� , (8.15)
де ���� – момент освітлювальногонавантаження, кВт∙м;
���� – постійний коефіцієнт, що залежить від номінальної напруги, обраної
системи мережі і матеріалу провідника [4];
���� – переріз провідника, обраного за умовами нагрівання, мм2.
Момент освітлювального навантаження визначається залежно від схеми
підключення світильників та їх потужності за загальновідомими
співвідношеннями.
У разі складної розгалуженої мережі втрати напруги розраховуються для
кожної окремої ділянки.
�������� = �������� ∙ �������� , (8.16)
де �������� – відстань між лініями живлення світильників;
�������� – потужність лінії.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 81
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 4.1 – Схема підключення світильників
���� = ����1 ∙ ����1 + ����2 ∙ ����2 + ����3 ∙ ����3 + ����4 ∙ ����4 + ����5 ∙ ����5 + ����6 ∙ ����6 +
+����7 ∙ ����7 + ����8 ∙ ����8 + ����9 ∙ ����9;
���� = 6 ∙ 2,64 + 12 ∙ 2,64 + 18 ∙ 2,64 + 24 ∙ 2,64 + 30 ∙ 2,64 + 36 ∙ 2,64 +
+42 ∙ 2,64 + 48 ∙ 2,64 + 54 ∙ 2,64 = 712,8 кВт ∙ м;
712,8
∆����1 = 54 ∙ 16,8 = 0,78 %.
От же умова виконується, втрата напруги у найбільш віддаленій точці
перевищує 5%. Тому ми встановлюємо щиток освітлення в безпосередній
близькості від КТП і першої лінії освітлювальної мережі.
8.3 Розрахунок цехової електричної мережі по умовам нагріву
Основною метою даного розділу є вибір перерізів кабелів, проводів та
шинопроводів для всіх рівнів системи електропостачання напругою до 1 кВ.
Вихідними даними для розрахунків є схема цехової електричної мережі,
номінальна напруга мережі, а також результати розрахунку електричних
навантажень цеху.
Для мереж напругою до 1 кВ визначальними при виборі перерізу
провідників є не економічні, а технічні критерії та умови, зокрема: нагрів
провідників, їх механічна міцність, допустимі втрати напруги та термічна
стійкість до струмів короткого замикання.
У даному підрозділі необхідно визначити ділянки мережі та її елементи,
які не підлягають перевірці за економічною густиною струму. Такі елементи
слід окремо проаналізувати та подати у вигляді переліку або таблиці.
Вибір перерізу провідників виконується за таблицями [4] або за технічною
документацією виробника, що є більш доцільним варіантом. При цьому повинна
виконуватися умова:
Ipоз ≤ Iдоп , (8.17)
де Iдоп – допустимий тривалий струм навантаження в кабелі, проводі и шині для
даного перерізу згідно ПУЕ.
Під час визначення допустимих тривалих струмів для кабелів,
неізольованих та ізольованих проводів і шин, а також для жорстких і гнучких
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 82
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
струмопроводів, прокладених у середовищах, температура яких істотно
відрізняється від зазначеної в 1.3.12-1.3.15 і 1.3.22 ПУЕ, слід застосовувати
коефіцієнти, наведені в таблиці 1.3.3 ПУЕ.
Конкретні особливості прокладки кабелів в цеху слід також враховувати
за допомогою відповідних коефіцієнтів згідно ПУЕ.
Обраний переріз провідника по умовам нагріву довготривалим струмом
необхідно перевіряти за нагрівом струмом післяаварійного режиму відповідно
до схеми цехової мережі. Отримані дані заносяться у таблицю.
8.3.1 Особливості розрахунку цехових електричних мереж
Основним завданням електричних розрахунків є вибір перерізів кабелів,
проводів, шинопроводів і захисних апаратів для всіх рівнів системи
електропостачання напругою до 1 кВ. Обрані перерізи повинні забезпечувати
допустимі відхилення напруги на затискачах усіх електроприймачів відповідно
до вимог стандартів щодо якості електроенергії.
Для кожної ділянки цехової мережі за розрахованим півгодинним
максимумом навантаження та значенням максимального пускового або пікового
струму визначається переріз провідника, а також тип і уставки апаратів захисту
від ненормальних режимів роботи мережі, зокрема тривалих перевантажень і
коротких замикань.
Вихідними даними для проведення розрахунків є:– схема цехової
електричної мережі з розташуванням апаратів захисту;
– Uном мережі;
– розрахункові півгодинні максимуми навантаження кожної ділянки
мережі Рmax ;
– пікові (пускові) струми на різних рівнях схеми;
– номінальні потужності ЕП.
Вибір перерізу провідника пов’язаний з вибором апаратів захисту, тому
вибір перерізу провідника цехової мережі та захисних апаратів виконується
спільно.
Потрібно врахувати вимоги ПУЕ щодо особливості вибору перерізу
провідників для мереж напругою до 1 кВ, а саме: акцентувати на те, які вимоги
та умови є визначальними – економічні, нагрів провідників, їх механічна
міцність, втрати напруги, термічна стійкість до струмів КЗ.
Вказати, які силові мережі до 1 кВ згідно рекомендацій ПУЕ не
підлягають розрахунку по економічної густини струму.
Вказати, чи враховується фактор економічної густини струму зв’язку зі
спільним живленням силового та освітлювального навантажень
Вибір перерізів провідників за технічними умовами включає:
– вибір за умовою теплового нагрівання;
– за їх пропускною спроможністю та умовами захисту;
– за втратами напруги;
– за термічною стійкістю до струмів КЗ;
– механічну міцність;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 83
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
– за умовою виникнення корони.
Необхідно оцінити вплив і врахування цих факторів при виборі
перерізу для кабельних і повітряних ліній, так як перелічені фактори по -
різному впливають залежно від номінальної напруги, конструктивного
виконання (кабель, шинопровід), призначення мережі (силова, рухливих ЕП,
освітлювальна тощо). Тому рішення слід приймати для кожного конкретного
випадку на підставі вимог і довідкових даних ПУЕ та інших нормативних
документів.
8.3.2 Розрахунок електричної мережі напругою до 1 кВ за умовами
нагріву та захисту
Провідники будь-якого призначення повинні задовольняти вимогам щодо
гранично допустимого нагріву з врахуванням не тільки нормальних, а й
післяаварійних режимів, режимів в період ремонту і можливих
нерівномірностей розподілу струмів між лініями, секціями шин тощо. При
перевірці на нагрів приймається півгодинний максимум струму, найбільший з
середніх півгодинних струмів даного елемента мережі.
За розрахунковий струм навантаження приймається максимальне
струмове навантаження за півгодинний інтервал часу Imax = Ipоз , обчислене за
формулою
P
Ipоз = роз (8.18)
3 ⋅Uном ⋅cosφ
Вибір перерізу провідників виконується за таблицями гл.1.3 ПУЕ
«Тривало допустимі навантаження», при цьому повинна бути виконана умова
Imax = Ipоз ≤ Iдоп , (8.19 )
\де Ідоп – тривало допустимий струм навантаження на проводи, кабелі та шини
для даного перерізу за ПУЕ (або технічними характеристиками конкретних
виробів).
При прокладанні декількох кабелів і більше чотирьох проводів в одній
трубі, траншеї, лотку, коробі і т.п. в розрахункову формулу (8.14) вводиться
коефіцієнт Кпрокл , поправочний коефіцієнт на умови прокладки проводів і
кабелів
І I
≥ max
доп . (8.20)
Кпрокл
Згідно ПУЕ допустимі тривалі струми для кабелів, які прокладають у
блоках, слід визначати за емпіричною формулою
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 84
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Iдоп.бл = a ⋅b ⋅c ⋅ Iдоп , (8.21)
a, b, c – поправочні коефіцієнти (табл. ПУЕ)
Поправочні коефіцієнти застосовуються до груп однотипних проводів і
кабелів, що мають однакову допустиму температуру нагрівання.
Для подальшого вибору апаратів попередньо визначимо струм на
затискачах вторинної обмотки силового трансформатора цехової ТП за
співвідношенням
ΣS
І = н.тр ⋅ к з
р ; (8.22)
3 ⋅ Uн
де ΣSн.тр – загальна потужність силових трансформаторів цеху, кВА;
кз - коефіцієнта завантаження трансформаторної підстанції.
І 1600 ⋅0,61
р = =1482,9 А .
3 ⋅0,38
Визначимо силові елементи схеми живлення цеху на стороні 0,4 кВ
Тип ввідного автоматичного вимикача приймаємо згідно каталожних даних в
залежності від типу шафи за умовами
І .
н.а≥Ін.т.р Ін.т.р>1,1 Ір
1600 ≥1600 А, 1600>1,1.1482,9=1631,2 А.
де Ін.а– номінальний струм автоматичного вимикача А;
Ін.тр – номінальний струм теплового розчіплювача автоматичного вимикача
(каталожні дані), А
Приймаємо ввідний автоматичний вимикач серії ВА88-43, що встановлений
в шафі типу ЩО70-22 ; Uн =0,4 кВ; Iн=1250 A.
Для забезпечення секціонування, в аварійному режими роботи, ми
застосуємо, секційний вимикач згідно співвідношення
0,5(ΣS ⋅к
І = н.тр з)
р.СВ ; (8.23)
3 ⋅Uн
І 0,5 ⋅ (1482,9 ⋅0,61)
р.СВ = = 687,2 А .
3 ⋅0,38
Тип секційного автоматичного вимикача приймаємо згідно каталожних
даних в залежності від типу шафи за умовами
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 85
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
І .
н.а≥Ін.т.р Ін.т.р>1,1 Ір
1600 ≥1000 А 1000>1,1.687,2=755,9 А,
де Ін.а– номінальний струм автоматичного вимикача А;
Ін.тр – номінальний струм теплового розчіплювача автоматичного вимикача
(каталожні дані), А
Приймаємо секційний автоматичний вимикач серії ВА88-40, що
встановлений в шафі типу ЩО70-22 ; Uн =0,4 кВ; Iн=1250 A.
Вибір перерізу шин по напрузі 0,4 кВ згідно [1] виконуємо за умови
І .
д.д>Ір кз
1600>755,9,
де кз – коефіцієнт запасу для шин 0,4 кВ дорівнює кз=1;
Ід.д – довго тривало допустимий струм на шинах 0,4 кВ, А;
Приймаємо шинопровід типу ШМА-68П; Ід.д=4000 А; Uн =0,4 кВ.
Вибір струмоведучих частин
Основним завданням розрахунку цехових електричних мереж є вибір
перерізів кабелів, проводів, шинопроводів і захисних апаратів відповідно до
вимог ПУЕ (розділи 2.1.31–2.1.51).
Для мереж напругою до 1000 В визначальними при виборі перерізу
провідників є не економічні, а технічні критерії та умови, зокрема: нагрів
провідників, механічна міцність, втрати напруги та термічна стійкість до
струмів короткого замикання.
Переріз провідників цехової мережі визначається за величиною
розрахункового струму як окремих споживачів, так і розподільчих пунктів у
цілому, відповідно до наведеного співвідношення
І РН
р = ,
3 ⋅U ⋅cosϕ (8.24)
н
де Рн - номінальна потужність згідно з завданням, кВт ; Uн= 0,38кВ.
Ір ≤ Ку.н ⋅ ІН.ДОП.Л
Умовами вибору ліній живлення [5,6] є виконання співвідношення
де І НДОПЛ - допустимий тривалий струм лінії живлення, А;
Куп - коефіцієнт, що враховує умови прокладки кабелів згідно п. 1.3.21
ПУЕ.
З урахуванням умов прокладання кабелів та поправного коефіцієнта на
допустимий тривалий струм залежно від температури (таблиця 1.3.3 ПУЕ),
умова набуває вигляду
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 86
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ІН.ДОП.Л ≥ Іmax1, 25 ⋅ Ip .
Керуючись наведеними вимогами, виконуємо розрахунок мережі
живлення споживачів цеху, результати якого заносимо до таблиці 8.1.
Вибір розподільчих пунктів здійснюється з урахуванням кількості
приєднаних електроприймачів (від 2 до 12 максимум), номінального струму
автоматичних вимикачів та струму теплових розчіплювачів, що забезпечують
захист приєднаних електроприймачів, а також сумарного струму навантаження.
Ір РП споживачів, що приєднані до РП, який визначається за виразом
Ір.РП =∑ ІН ⋅КН ,
де Кн - коефіцієнт, що залежить від технологічних функцій, які виконують
споживачі. Для нашого випадку Кн = 0,7.
Переріз ввідного кабелю вибирається з таблиць ПУЕ, глава 1.3 [1], за умовами
Ір.РП ≤ ІН.ДОП
Таблиця 8.1 – Розрахункова таблиця вибору ліній живлення цеху
Назва споживача Iр, Iмакс., Iдоп.кабелю,
А А А Марка
Конвеєр відвантажувальний 104,6 130,7 135 АВВГ(3×35)+(1×16)
Бункер швидкого охолодження 110,6 138,3 165 АВВГ(3×50)+(1×25)
Шафа засувок печі №2 21,1 26,3 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Вентилятор приточний 30,6 38,2 50 АВВГ(3×6)+(1×4)
Насос розчину сульфату амонію 132,7 165,8 200 АВВГ(3×70)+(1×35)
Вентилятор витяжний 5,2 6,5 19 АВВГ(4×2,5)
Шафа засувок печі №1 15,8 19,7 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Шафа керування електрофільтрами 5,8 7,2 19 АВВГ(4×2,5)
Вентилятор грануляційної колони 432 540 540 2АВВГ(3×120)+(1×70)
Зворотній шнековий транспортер 79,9 99,8 115 АВВГ(3×25)+(1×16)
Конвеєр завантаж. каолінової пульпи 134,2 167,8 19 АВВГ(4×2,5)
Млин волого помолу 363 453,8 480 2АВВГ(3×95)+(1×50)
Компресор 155,8 194,8 200 АВВГ(3×70)+(1×35)
Насос водяний 181,1 226,4 240 АВВГ(3×95)+(1×50)
Освітлення 54 67,5 90 АВВГ(3×16)+(1×10)
Вибрана кабельно-провідникова продукція, живлення споживачів цеху,
прокладена в кабельних каналах підлоги цеху.
8.3.3 Розрахунок електричної мережі за втратами напруги
Оскільки серед електроприймачів підприємства відсутні споживачі, що
значно впливають на якість електроенергії, то перевіримо обрану цехову мережу
на допустимі відхилення напруги у споживачів.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 87
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розрахунки по відхиленню напруги виконуємо для режимів мінімальних та
максимальних навантажень.
В режимі максимальних навантажень напруга на затискачах найбільш
віддалених електроприймачів не повинна бути нижче 0,95.Uн. В режимі
максимальних навантажень обмеження йде зі сторони верхньої допустимої
границі напруги. При цьому напруга на шинах 0,4 кВ ТП не повинна
перевищувати 5 % номінальної напруги, тобто δ.U1≤ 5%.
За максимальні, беремо максимальні розрахункові навантаження, а за
мінімальні - 30 % від максимальних.
Для режиму максимальних навантажень усталене відхилення напруги
δ ⋅ U = E −
m
1 m ΔU + ∑U + ΔU
тр м сп ≥ −5,
i=1
де Еm – величина добавки напруги на регульованих відгалуженнях
трансформатора, %;
ΔUтр – втрата напруги в трансформаторі, %;
n
∑Uм - сумарна втрата напруги в лініях до споживача, %;
i=1
n- кількість послідовних магістралей до споживача;
ΔUсп – втрата напруги в мережі найвіддаленішого споживача, %;
-5% - припустиме усталене відхилення напруги згідно [11]:
δ ⋅U1 =15 − (2,83 +11,38 + 5) = −4,2 ≥ −5% ⋅Uн = −525 В
Величину ΔUтр (%) знаходимо за виразом:
S
ΔU = м
тр (U a ⋅ cos φ + U p ⋅ sin φ),
Sн.тр
де Sм - максимальна потужність на вторинній стороні трансформатора, кВ;
Sнтр - номінальна потужність трансформатора, кВА;
Uа- активна складова напруги к.з трансформатора, %;
100 ⋅ΔP
U кз
a = ,
Sн.тр
U 100 ⋅18
a = =1,125 В .
1600
Uр- реактивна складова напруги к.з трансформатора, %:
Up = U2
кз − U2
a ,
Up = 2,82 −1,1252 = 2,6 В.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 88
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ΔU 2433,8
тр = (1,125 ⋅ 0,95 + 2,6 ⋅ 0,31) = 2,83.
1600
Для режиму мінімальних навантажень відхилення напруги:
δ ⋅U 2 = E m − к з (ΔU тр + ΔUм ) − ΔU cп ≤ +5% .
де кз = 0,3 - коефіцієнт завантаження в режимі мінімальних навантажень;
+ 5 % - припустиме усталене підвищення напруги від Uн=19 В, згідно [11]:
δ ⋅U2 =15 − 0,3 ⋅ (2,83 +11,38) − 5 = 5,73≤ +5% ⋅Uн = 525 В .
Згідно виконаних розрахунків ми маємо можливість пересвідчитись, що
можлива зміна навантаження цехового трансформатора ні як не буде
відображатися на зміні величини потенціалу напруги у найвіддаленішого
споживача.
8.3.4 Вибір низьковольтних комплектних установок НКУ
На цьому етапі доцільно обрати тип и характеристики низьковольтних
комплектних установок НКУ (розподільчих пунктів, шаф та інш.).
Низьковольтна комплектна установка (НКУ) – сукупність апаратів
напругою до 1,0 кВ змінного струму і до 1,5 кВ постійного струму, пристроїв
керування, вимірювання, сигналізації, захисту, регулювання з усіма
внутрішніми електричними і механічними з’єднаннями, змонтованих на єдиній
конструктивній основі у вигляді щитів, шаф, пультів, шинних приєднань тощо.
Необхідно проаналізувати ознаки, за якими класифікують НКУ, щоб з
врахування всіх факторів зробити обґрунтований вибір низьковольтних
комплектних установок.
Вибір проводів, шин, апаратів, приладів і конструкцій НКУ необхідно
здійснювати як за нормальним режимом роботи (відповідність робочій напрузі і
струму основних і допоміжних кіл, частоти мережі, заданому класу точності,
умовам експлуатації тощо), так і за умовами роботи в разі короткого замикання
з урахуванням термічних і електродинамічних впливів, комутаційної
спроможності.
Вибір розподільчих пунктів проводимо в залежності від їх технічних
характеристик (кількості приєднаних електроприймачів, сумарного струму
І роз, РП споживачів, що приєднані до РП, тощо). І роз, РП визначається за
виразом
І роз, РП = ∑ Іном ⋅КП , (8.25)
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 89
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
де КП – коефіцієнт, що залежить від технологічних функцій, які виконують
споживачі.
Після розрахунку струмів короткого замикання та вибору автоматичних
вимикачів розподільчі пункти перевіряються за номінальними струмами
автоматичних вимикачів і струмами теплових розчіплювачів, які забезпечують
захист приєднаних електроприймачів.
Далі за довідковими даними обирається конкретний тип низьковольтного
комплектного пристрою (НКУ), при цьому наводяться його основні технічні
характеристики: напруга, номінальний струм, захисні апарати, а також
конструктивне виконання та особливості застосування.
Вибір розподільчих пунктів виконується залежно від кількості приєднаних
електроприймачів (від 2 до 12 максимально), номінальних струмів
автоматичних вимикачів і струмів теплових розчіплювачів, що захищають
приєднані електроприймачі, а також сумарного розрахункового струму
споживачів, підключених до РП, який визначається за виразом:
Ір.РП =∑ ІН ⋅КН ,
де Кн - коефіцієнт, що залежить від технологічних функцій, які виконують
споживачі. Для нашого випадку Кн = 0,7.
Переріз ввідного кабелю вибирається з таблиць ПУЕ, глава 1.3 [1], за умовами
Ір.РП ≤ ІН.ДОП
Таблиця 8.2 – Вибір перерізу ввідних кабелів РП
І ,А
Найменування РП І Н.ДОП.Л
р.РП ,А Іmax ,А Марка
1 2 3 4 5
Розподільчий пункт РП-1 472,6 590,7 610 2АВВГ(3×150)+(1×70)
Розподільчий пункт РП-2 244,8 306 345 АВВГ(3×185)+(1×95)
Розподільчий пункт РП-3 530,8 663,5 690 2АВВГ(3×185)+(1×95)
Розподільчий пункт РП-4 41,6 52 65 АВВГ(3×10)+(1×6)
Розподільчий пункт РП-5 277,3 346,6 400 2АВВГ(3×70)+(1×35)
Розподільчий пункт РП-6 317,4 396,7 400 2АВВГ(3×70)+(1×35)
Розподільчий пункт РП-7 724,4 905,5 915 3АВВГ(3×150)+(1×70)
Розподільчий пункт РП-8 20,8 26 37 АВВГ(3×4)+(1×2,5)
Конденсаторна установка 456 570 610 2АВВГ(3×150)+(1×70)
Вибрана кабельно-провідникова продукція, живлення споживачів цеху,
прокладена в кабельних каналах підлоги цеху.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 90
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8.4 Розрахунок струмів короткого замикання мережі до 1000В
Розрахунок струмів короткого замикання в цехових мережах напругою до
1000 В має свої особливості, які регламентуються міждержавним стандартом
[15] та керівними вказівками [1].
Під час визначення струму трифазного короткого замикання в установках
напругою до 1 кВ необхідно враховувати не лише індуктивні та активні опори
всіх елементів кола короткого замикання, але й активні опори перехідних
контактів у цьому ланцюзі (на шинах, вводах і виводах апаратів, роз’ємних
контактах комутаційних апаратів, а також у місці короткого замикання).
Для обраної ділянки мережі 0,38 кВ розрахункова схема та схема
заміщення, що використовуються для визначення струмів короткого замикання,
наведені на рисунку 8.5.
Рисунок 8.5 - Розрахункова схема і схема заміщення прямої
послідовності частини мережі 0,38 кВ
Величину струму к.з, визначаємо за виразом
І(3) U
= 0
к.з. ,
3 ⋅ Z
де U .
0 – напруга х.х вторинної обмотки трансформатора, В, U0=1,05 Uн;
Z – повний опір до точки к.з.;
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 91
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для визначення трьохфазного струму к.з. в першій контрольній точці (К1),
спочатку визначимо опори елементів її схеми заміщення, згідно рисунку 1.4.
Активну складову опору трансформатора rтр (Ом) розраховуємо за виразом
згідно [9]:
ΔРк.з ⋅103
rтр = ,
3 ⋅ І2
н.тр
де ΔРкз – потужність к.з. трансформатора [8], кВт;
r 18 ⋅103
тр = = 0,001 Ом.
3 ⋅ 2433,8
Ін.тр – номінальний струм вторинної обмотки трансформатора:
S
І н.тр 3
н.тр = ⋅10 ,
3 ⋅ Uн
І 1600
н.тр = ⋅103 = 2433,8 А.
3 ⋅ 380
Повний опір дорівнює:
U 2 −3
z = к.з. ⋅ Uн ⋅10
тр ,
100 ⋅Sн.тр
5,5 ⋅ 3802 −3
z ⋅10
тр = = 0,00496 Ом.
100 ⋅1600
Індуктивна складова опору трансформатора хтр:
х тр = z 2
тр − r 2
тр ,
х тр = 0,004962 − 0,0012 = 0,0049 Ом.
Визначимо повний опір схеми заміщення до точки короткого замикання К1:
Z 2 2
(К1) = (rтр + rав + rтс + rш + rпр ) + (х тр + х ав + х тс + х ш ) ,
(0,001+ 0,00005 + 0,00002 + 0,000014 + 0,00008)2 +
Z(К1) = = 0,005 Ом.
+(0,0049 + 0,0001+ 0,00002 + 0,000006)2
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 92
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Величину струму к.з., в розрахунковій точці К1 визначаємо за виразом:
(3) U
І 0
к.з.(К1) = ,
3 ⋅ Z
де U0 – напруга х.х. вторинної обмотки трансформатора, В, U0=1,05.Uн;
Z – повний опір до точки к.з.;
І(3) 399
к.з.(К1) = = 69,33 кА.
3 ⋅ 0,005
Для визначення струму к.з, в розрахунковій точці К2, до опорів точки К1
додамо сумарні опори точки К2, згідно виразу:
Z(К2) = (∑ r(К1) + rш + rав + rл + rав + rпр )2 + (∑ х 2
(К1) + х ш + х ав + х л + х ав ) ,
(0,00124 + 0,00008 + 0,00041+ 0,000002 + 0,0223 + 0,0008)2 +
Z (К2) = = 0,0071 Ом.
+ (0,0049 + 0,00006 + 0,0003 + 0,00000029 + 0,00013)2
де активний rл (Ом) і індуктивний хл (Ом) опір кабельної лінії знаходимо
завиразами:
l 3
r = л ⋅10
л ,
γ ⋅ F
де lл – довжина кабельної лінії, км;
γ – провідність матеріалу, (АL=0,032 км/Ом.мм2);
F – поперечний перетин провідника, мм2.
r 0,005 ⋅1000
л = = 0,0223 Ом.
32 ⋅ 70
х л = l л ⋅ х 0 ,
хл = 0,005 ⋅ 0,0000057 = 0,00000029 Ом.
Величину струму к.з, в розрахунковій точці К2 визначаємо за виразом:
U
І(3) 0
к.з.(К2) = ,
3 ⋅ Z (К2)
І(3) 399
к.з.(2) = = 18,7 кА.
3 ⋅0,0123
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 93
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8.5 Захист цехових електричних мереж
Захист електричних мереж напругою до 1 кВ здійснюється згідно глави
3.1 ПУЕ [1].
У цехових мережах можуть виникати наступні ненормальні за струмом
режими роботи:
– збільшення струму внаслідок перевантаження;
– збільшення струму в момент пуску або самозапуску двигунів;
– збільшення струму внаслідок короткого замикання.
Захист від струмів КЗ є обов’язковим для всіх елементів мережі, такий
захист повинен забезпечувати по можливості найменший час вимкнення.
У підрозділі повинно бути ретельно проаналізовано і вказані всі мережі,
що захищаються від перевантаження.
Вказується окремі мережі, у яких забороняється встановлення апаратів
захисту.
Приводяться критерії, за якими допускається відмовлятися від
застосування захисту провідників від перевантаження.
Повинен бути наведений перелік мереж, що згідно ПУЕ мають бути
захищеними від перевантаження, у тому числі силові і освітлювальні мережі,
мережі всередині приміщень (залежно від способу прокладення та
характеристик ізоляції).
8.5.1 Вибір апаратів захисту
Захист кабельних ліній, що живляться РП та окремі електроприймачі, як
правило, здійснюється автоматичними вимикачами.
Умовами їх вибору є вирази
Ін.т.р ≥1,1 ⋅ Ір ;
Ін.е.р ≥1,25 ⋅ Іп ;
де Ін.т.р.,Ін.е.р. - номінальний струм відповідного теплового та електромагнітного
розчіплювача, А;
Іп – пікове навантаження, І =(5-7.
п Ір), А.
При виборі типу вимикача орієнтуємося попередньо на апарати апарати
серії ВА. Ці автоматичні вимикачі, призначені для групового захисту
розподільчих пунктів, мають дві системи захисту — електротеплову і
електромагнітну, та виконані згідно ДСТУ зі ступенем захисту не нижче ІР30.
Для автоматичних вимикачів, що виконані в стандарті DIN, струм
електромагнітного розчіплювача в залежності від характеристики (С, В чи
D)виконується співвідношення:
Ін.е.р ≈ (3...5) ⋅ Ін.т.р; Ін.е.р ≈ (5...10) ⋅ Ін.т.р або Ін.е.р ≈ (10...14) ⋅ Ін.т.р.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 94
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Керуючись вказаними вище критеріями, згідно каталожним даних
обираємо тип апарату, характеристики яких заносимо в таблицю 8.3.
Таблиця 8.3 – Розрахунок та вибір позиційних автоматичних вимикачів 0,4 кВ
.
Найменування обладнання Ір, 1,1 Ір Тип Ін, Ін.т.р, Ін.е.р,
А А апарату А А А
Конвеєр відвантажувальний 104,6 115 ВА88-32 125 125 1250
Бункер швидкого охолодження 110,6 121,7 ВА88-32 125 125 1250
Шафа засувок печі №2 21,1 23,2 ВА47-29 63 25 500
Вентилятор приточний 30,6 33,7 ВА47-29 63 40 500
Насос розчину сульфату амонію 132,7 145,9 ВА88-33 160 160 1600
Вентилятор витяжний 5,2 5,7 ВА47-29 63 8 500
Шафа засувок печі №1 15,8 17,3 ВА47-29 63 20 500
Шафа керування електрофільтрами 5,8 6,4 ВА47-29 63 8 500
Вентилятор грануляційної колони 432 475,4 ВА88-40 800 500 8000
Зворотній шнековий транспортер 79,9 87,8 ВА47-100 100 100 1000
Конвеєр завантаж. каолінової пульпи 134,2 147,6 ВА88-33 160 160 1600
Млин волого помолу 363 399,3 ВА88-37 400 400 4000
Компресор 155,8 171,4 ВА88-35 250 200 2500
Насос водяний 181,1 199,2 ВА88-35 250 200 2500
Освітлення 54 59,4 ВА47-29 63 63 500
Розподільчий пункт РП-1 472,6 519,9 ВА88-40 800 630 8000
Розподільчий пункт РП-2 244,8 269,3 ВА88-37 400 315 4000
Розподільчий пункт РП-3 530,8 583,9 ВА88-40 800 630 8000
Розподільчий пункт РП-4 41,6 45,8 ВА47-29 63 50 500
Розподільчий пункт РП-5 277,3 305 ВА88-37 400 315 4000
Розподільчий пункт РП-6 317,4 349,1 ВА88-37 400 400 4000
Розподільчий пункт РП-7 724,4 796,8 ВА88-40 800 800 8000
Розподільчий пункт РП-8 20,8 22,9 ВА47-29 63 25 500
Конденсаторна установка 456 501,6 ВА88-40 800 630 8000
Вибрані, згідно ПУЕ (розділ 1.4.19 – 1.4.22), автоматичні вимикачі
встановлені сталевих шафах силових РП, що знаходяться в безпосередній
близькості від сформованих груп технологічного електрообладнання.
8.5.2 Перевірка мережі на захищеність
Обрані лінії перевіряються за захищеність за умовою:
����сх ∙ ����доп ≥ ����зах ∙ ����зах, (8.35)
де ����сх – поправочний коефіцієнт; для умов цеху ����сх = 1;
����доп – тривалий допустимий струм провідника, А;
����зах – коефіцієнт захисту; для теплового розщіплювача ����зах = 1;
����зах- струм спрацьовування апарату захисту, А.
Для прикладу перевіримо лінію, для якої Ір=46 А, Ідоп.л=67 А, Ізах=63 А.
1 ∙ 67 ≥ 1 ∙ 63 А.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 95
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таким чином мережа захищена.
8.6 Вибір відпайок трансформатора цехової трансформаторної
підстанції
Оскільки серед електроприймачів цеху, як правило, відсутні споживачі,
що суттєво впливають на якість електроенергії, обрану цехову мережу
додатково перевіряють на допустимі відхилення напруги у споживачів.
Порядок розрахунків залежить від схеми електропостачання цеху, однак
загалом виконується в такій послідовності.
Розрахунки відхилень напруги проводяться для режимів мінімальних та
максимальних навантажень.
У режимі максимальних навантажень напруга на затискачах найбільш
віддалених електроприймачів не повинна бути нижчою за 0,95 ⋅Uном . В режимі
максимальних навантажень обмеження йде зі сторони верхньої допустимої
границі напруги. При цьому напруга на шинах 0,4 кВ ТП не повинна
перевищувати 5 % номінальної напруги, тобто δ ⋅U1 ≤ 5%.
За максимальні беремо максимальні розрахункові навантаження, а за
мінімальні – 30 % від максимальних.
Для режиму максимальних навантажень усталене відхилення напруги
згідно ДСТУ EN 50160:2014.
т
δ ⋅U1 = Ет − ∆UТ +∑Uм + ∆Uсп ≥ −5,
i=1
де Ет – величина добавки напруги на регульованих відгалуженнях
трансформатора, %;
∆UТ – втрата напруги в трансформаторі, %;
n
∑Uм – сумарна втрата напруги в магістральних лініях до споживача, %;
i=1
n – кількість послідовних магістралей до споживача;
∆Uсп – втрата напруги в мережі найвіддаленішого споживача, %;
−5 % – припустиме усталене відхилення напруги згідно [2].
При необхідності, може бути задіяна «добавка» δUT , яка створюються
цеховим трансформатором. Значення «добавки» δUT регулюється зміною
кількості числа витків трансформатору, тобто зміною коефіцієнта
трансформації, за співвідношенням
U W2
2 = U1 .
W1
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 96
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для цього у цехових трансформаторів є від 3 до 5 відгалужень, які
перемикаються в разі необхідності при відключеному трансформаторі. Значення
δUT , залежно від відгалуження, приймаються за таблицею 8.7
Таблиця 8.7
Відгалуження наближено точно
+5 0 0,25
+2,5 2,5
0 5,0 5,25
-2,5 7,5
-5,0 10 10,8
Нами проведено розрахунок втрат напруги у мережі 10 і 0,38 кВ: а саме –
п. 5.2 (Розрахунок перерізу розподільчих мереж) і п. 8.3.3 (Розрахунок
електричної мережі за втратами напруги).
Так як відхилення по напрузі нами не виявлено, то нема потреби у зміні
відгалужень трансформатора.
8.7 Вибір типу, конструкції та компоновки трансформаторної підстанції
Електропостачання сучасних промислових підприємств переважно
базується на застосуванні комплектного крупноблочного обладнання, зокрема
комплектних трансформаторних підстанцій, комплектних розподільчих
установок різних класів напруги та призначення, комплектних струмопроводів,
щитків тощо.
Використання комплектного обладнання підвищує якість систем
електропостачання, надійність їх роботи, а також забезпечує зручність і безпеку
обслуговування, швидке розширення та мобільність електрогосподарства
підприємства.
Електромонтажні роботи при цьому зводяться до встановлення готових
комплектних електроустановок і їх приєднання до електричних мереж.
Застосування таких установок значно спрощує будівельну частину
електроустановок, оскільки відпадає необхідність у складних будівельних
конструкціях для камер електричних апаратів, трансформаторів та іншого
обладнання. Приміщення при цьому виконуються конструктивно простими.
Повністю закриті комплектні установки можуть розміщуватися безпосередньо у
виробничих приміщеннях без зведення окремих будівельних оболонок.
План і розріз обраної підстанції наведені у графічній частині дипломної
роботи.
Комплектна трансформаторна підстанція (КТП), що прийнята як джерело
живлення цехової мережі, складається із силових трансформаторів, ввідних шаф
з боку високої напруги та розподільчих пристроїв низької напруги. У нашому
випадку, з урахуванням габаритів приміщення, де розташовується КТП,
прийнято дворядне виконання підстанції.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 97
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таким чином, використання комплектних трансформаторних підстанцій
різних модифікацій є типовим рішенням для цехових мереж, що обумовлено
підвищенням надійності, безпеки та зручності експлуатації електроустановок.На
рисунку 8.6 приведена типова комплектна трансформаторна підстанція
внутрішньоцехового розташування.
Для нашого цеху з урахуванням приведених вище міркувань обираємо
комплектну трансформаторну підстанцію 2КТПЦ Новокаховського
електромеханічного заводу.
Обрана двотрансформаторна підстанція 2КТПЦ-1600/10/0,4-04 У3
призначена для надійного електропостачання промислових об’єктів, має
потужність трансформаторів 1600 кВ∙А, з захистом і автоматикою, що виконана
на мікропроцесорних блоках типу БМРЗ-0.4.
Склад підстанції 2КТПЦ-630/10/0,4-04 У3:
1. Пристрій вводу з боку високої напруги (УВН).
2. Силовий трансформатор.
3. Кожух виводів силового трансформатору.
4. Розподільча установка низької напруги (РУНН), що
складається з наступного обладнання:
- шафа вимикача робочого вводу;
- шафа секційного вимикача;
- шафа ліній, що відходять;
- шафа автоматизованої конденсаторної установки;
- шафа управління.
5. Шинна перемичка.
Рисунок 8.6 - Типова комплектна трансформаторна підстанція
внутрішньоцехового розташування
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 98
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 8.7 – Загальний вид шафи Рисунок 8.8 – Загальний вид шафи
секційного вимикача: управління:
1 – шафа секційного вимикача; 2 – відсік 1 – шафа управління; 2 – відсік збірних шин; 3
збірних шин; 3 – клапан розвантаження; 4 – – клапан розгрузки; відсік клемного блоку; 5 –
відсік клемного блоку; 5 - відсік секційного відсік релейного блоку; 6 – відсік шинок
вимикача; 6 – відсік релейного блоку; 7 – управління
відсік шинок управління; 8 – відсік шин
Зібрана з вказаних окремих блоків комплектна трансформаторна може
бути виконана як однорядною, так і дворядною. З врахуванням особливостей
цеху, обираємо компактне дворядне виконання.
Для прикладу на рисунку 8.7 приведено загальний вид шафи секційного
вимикача, на рисунку 8.8 – загальний вид шафи управління.\
У складі підстанції використовуються масляні трансформатори серії
ТМГ11 (трансформатор масляний герметичний), що виготовляється у
герметичному гофробаку і не потребує обслуговування на протязі всього
терміну експлуатації. Загальний вид трансформатору серії ТМЗ приведено на
рисунку 8.9.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 99
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Рисунок 8. 9– Загальний вид трансформатору серії ТМЗ
Конструкція і компоновка трансформаторної підстанції 2КТПЦ-
630/10/0,4-04 У3 приведено на графічної частини дипломної роботи.
Для нашого конкретного випадку обрана дворядна компоновка підстанції,
що більш відповідає реальним умовам цеху, для якого проектується система
План КТП наведений на аркуші 7 (Компоновка КТП) графічної частини
випускної роботи.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 100
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
9 ІНДИВІДУАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ – Застосування високоефективного
способу очищення пилових атмосферних викидів глиноземного
виробництва
9.1. Технологія перероблення каолінової сировини
Щорічно, більш ніж в 50 країнах світу виробляється близько 40 млн. тон
каоліну, причому обсяги виробництва продовжують зростати. До провідних
світових виробників каоліну відносяться США, Великобританія, Бразилія, що
випускають більше третини світового об'єму продукту.
Україна в 2000 році орієнтовно виробила 550 тис.тон каоліну, Росія всього
- 100 тис.тон, забезпечивши потреби російських підприємств в каоліні всього
лише на 15 %.
Вимоги до промисловості по збагаченню каолінами, регламентуються
конкретними показниками численних ДСТУ, що ґрунтуються на специфічних
особливостях виробництва і якості готової продукції. Найбільш важливим з них
є допустимий вміст оксидів (Al2О3, TiО2, Fe2О3, CаO, SО3), межа міцності при
вигині, білизна, вогнетривкість. До високосортних каолінів пред'являються вищі
вимоги, ніж до рядових. У виробництві паперу використовують до 40%
вироблюваного каоліну, керамічних виробів - до 35%.
У світовій практиці застосовуються як мокрі, так і сухі способи
збагачення. Проте переважаючим залишається мокрий спосіб збагачення.
Каолін з відкритих вагонів вивантажують на склад, звідки він подається в
бункер і подрібнюється в глинорізальній машині до фракції 30-50 мм.
Подрібнений каолін і розчин сульфату алюмінію поступає на млин мокрого
помелу для приготування пульпи вологістю 50-55%. Остання насосом подається
в пневматичні форсунки печі киплячого шару. Обезводнення і гранулювання
пульпи здійснюється при 190-230 ºС з використанням як ретура дрібних гранул.
Для класифікації гранул по розмірах і відбору фракцій 1-3 мм у
вивантажувальну масу подають повітря від повітродувки. Гранули з
гранулятора поступають через шлюзовий затвор в піч киплячого шару, де
обпалюються при 560-580 ºС при цьому відбувається обезводнення сульфату
алюмінію по реакції:
Al2(SO ) .
4 3 nH2O = Al2(SO4)3 + nH2O
При цьому також каолініт перетворюється на метакаолініт. Обпалені
гранули з печі вивантажуються через шлюзовий затвор в холодильник
киплячого шару, звідки після охолоджування до 80-100 ºС транспортуються в
бункер, а потім на кислотне розкладання. Обпалені гранули з бункера подаються
живильником в барабанний апарат безперервної дії. Назустріч рухомим
гранулам в реактор поступають сірчана кислота і вода з напірних баків через
дозуючі пристрої. Кислота дозується з розрахунку 95-97% стехіометричної
кількості. У барабанному апараті безперервно і одночасно здійснюються три
операції: кислотна екстракція алюмінію з метакаолініта, промивка і відділення
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 101
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
кремнеземного шламу - сиштофу. Температура сернокислотної екстракції 100-
110 ºС, тривалість 1-1,5 години. Концентрований розчин сульфату алюмінію із
вмістом 12-13% Al2О3 і до 4% нерозчинного залишку зливають в збірку
продукту і насосом подають на контрольне фільтрування. Відфільтрований
розчин насосом подається в пневматичні форсунки гранулятора киплячого
шару. Грануляційну сушку здійснюють в інтервалі температур 170-190 ºС. В
результаті сушки отримують частково зневоднений гранульований сульфат
алюмінію із вмістом 22-26% Al2О3. Гранули охолоджують до 80 ºС в
холодильнику киплячого шару і потім через шлюзовий затвор системою
конвеєрів транспортують в бункерний склад, з якого вантажать у вагони для
відправки споживачам.
Розкладання каолінів можна здійснити спіканням їх з сірчаною кислотою
при температурі вище 200 ºС. В цьому випадку не потрібне попереднє
дегідратуюче випалення, що дозволяє спростити процес сульфатизації.
Послідовність хімічних перетворень при спіканні каолініту з сірчаною кислотою
можна представити наступною спрощеною схемою
Al O .
2 3 2SiO .
2 2H2O + 3H2SO4 = Al .
2(SO4)3 nH2O + 2SiO2 = Al2(SO4)3 + 2SiO2 + nH2O.
За наявності надлишку сірчаної кислоти щодо стехіометричної кількості
можливе утворення кислих сульфатів алюмінію. Це затрудняє отримання
кондиційного коагулянту за вмістом вільної сірчаної кислоти.
З урахуванням цих обставин розроблений наступний спосіб отримання
сульфату алюмінію. Каолін з бункера, сірчану кислоту в кількості 90%
стехіометричного з напірного бака і промивну воду змішують в двохвалковому
змішувачі. Пульпу спікають при 280-300 ºС протягом 1,5 годин в барабанній
печі. Спік, що містить до 16% водорозчинного оксиду алюмінію і що відповідає
технічним умовам на неочищений коагулянт, може використовуватися для
очищення питних і стічних вод. При відношенні рідина / тверда речовина = 3 і
температурі 90-95 ºС спік вилуговують водою в апараті з мішалкою. Витягання
глинозему в розчин складає 80%. Пульпу фільтрують на рамному фільтр-пресі.
Кремнеземний шлам можна використовувати у виробництві будівельних
матеріалів. Розчин сульфатів алюмінію концентрацією 50-60 г/дм3 Al2О3
упарюють при 100-110 ºС до концентрації 145 г/дм3 і потім піддають
грануляційній сушці в апараті киплячого шару.
Розроблений також метод отримання коагулянту шляхом спікання
каолінів з концентрованою сірчаною кислотою при 400 ºС. В результаті
спікання утворюється безводний сульфат алюмінію, завдяки чому вміст
водорозчинного оксиду алюмінію в продукті значно підвищується. Спік з 22%
Al2О3 у вигляді сульфату, що містить SiО2, є продукт (неочищений коагулянт),
який можна транспортувати навалом у вагонах. Істотним недоліком способів
спікання відзначають великі витрати сірчаної кислоти з димовими газами, що
відходять.
Метод двохстадійної сульфатізації каолінів дозволяє отримувати спіки з
високою пористістю і міцністю (що забезпечує ефективне відділення
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 102
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
сірчанокислого розчину від кремнеземного шламу), а також значно зменшити
витрати сірчаної кислоти. На першій стадії з каоліну і водного розчину сірчаної
кислоти в кількості 10-15% стехіометричного складу готують пульпу вологістю
50-55%, яку піддають грануляційному спіканню при 200-300 ºС, а гранули
обпалюють при 560-580 ºС. Далі їх розкладають сірчаною кислотою, узятою в
кількості 80-90% від стехіометричного складу. Концентрацію кислоти
розраховують з умови отримання розчину сульфату алюмінію із вмістом 12-
13,5% Al2О3. Для двохстадійної сульфатізації каолінів як оптимальний
рекомендується наступний технологічний режим: температура спікання - 550-
600 ºС, тривалість 1 година, доза Н2SО4 на спікання - 20%, температура
кислотної екстракції - 100-105 ºС, тривалість 1 година, розмір гранул - 1,1-2 мм.,
доза Н2SО4 на екстракцію - 97-100%.
Розкладати необпалену каолінову руду можна в актоклавних умовах
розчином сірчаної кислоти при 170-190 ºС. При цьому потрібне застосування
автоклавів з кислотостійкого виконання і щоб уникнути гідролізу сульфату
алюмінію необхідні підвищені дози і концентрацію сірчаної кислоти. Технологія
отримання сульфату алюмінію даним способом полягає в наступному.
Необпалений каолін змішують з оборотним матковим розчином і розкладають
надлишком сірчаної кислоти в автоклавах при 170-190 ºС. Витягання оксиду
алюмінію в розчин складає близько 90%. Розчин сульфату алюмінію фільтрують
від нерозчинного кремнеземного осаду і упарюють в апаратах з погружними
пальниками. З розчину з молярним відношенням сульфат-іону до суми
алюмінію і заліза не менше 1,65 при 50 ºС кристалізується сульфат заліза з
домішкою сульфату алюмінію, осад якого відокремлюють фільтруванням від
маткового розчину і використовують як коагулянт. У другій стадії кристалізації
після центрифугування і промивки отримують чистий сульфат алюмінію.
Матковий розчин після кристалізації направляють на приготування суспензії.
Кожен з розглянутих способів отримання сульфату алюмінію має свої
особливості, переваги і недоліки. Але при впровадженні того або іншого
способу отримання у виробництво завжди переслідують наступні цілі:
- мінімізація технологічних операцій;
- спрощення технологічного режиму;
- спрощення апаратурного оформлення;
- мінімізація відходів в результаті проведення технологічної операції.
Все це робить значний вплив на економічні витрати підприємства, а
значить і на собівартість отримуваного продукту.
На наш погляд оптимальним є метод спікання каоліну з сірчаною
кислотою. Використовуючи його, не потрібно проводити попередню
дегідратацію каоліну, та і температурний режим спікання (280-400 ºС) вимагає
значно менше енергетичних витрат. Але при виборі даного способу переробки
каоліну необхідно вирішувати питання очищення газів, що відходять.
Отримання коагулянту при обробці шамотно-каолінового пилу розчином
сірчаної кислоти.
Оскільки ступінь дегідратації шамотно-каолінового пилу складає 70-85%,
можна було припустити, що оксид алюмінію з неї добре витягуватиметься
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 103
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
розчином сірчаної кислоти. Дійсно, як показав експеримент, обробка пилу
стехіометричною кількістю сірчаної кислоти у вигляді водного розчину з
концентрацією 40-60% протягом 1-3 годин при температурі 110-130 ºС дозволяє
витягувати до 85% оксиду алюмінію. Хорошому витяганню оксиду алюмінію
сприяє малий розмір частинок шамотно-каолінового пилу. Упарювання розчину
сульфату алюмінію, дозволяє отримати кристалічний коагулянт, який, проте,
має підвищену кислотність, що істотно знижує його якість.
Отримання коагулянту при спіканні шамотно-каолінового пилу з
концентрованою сірчаною кислотою.
Досліджено можливість витягання оксиду алюмінію з шамотно-
каолінового пилу шляхом спікання її з концентрованою сірчаною кислотою.
При цьому ставиться завдання з'ясування як принципової можливості витягання
Al2О3, так і отримання коагулянту в неочищеному і кристалічному вигляді.
Проводячи експерименти, варіюються три чинники: температура спікання,
час спікання і доза концентрованої сірчаної кислоти. На основі отриманих
результатів вибирається оптимальний варіант поєднання чинників, при якому
виходить кондиційний коагулянт.
Час спікання коливається від 1 до 3 годин. Доза концентрованої сірчаної
кислоти 95-100% від необхідної стехіометричної кількості. Температура
спікання в інтервалі 230-400 ºС.
Для проведення процесу спікання з сірчаною кислотою шамотно-
каоліновий пил спочатку необхідно просушити при температурі 150 ºС протягом
однієї години і потім охолодити на повітрі до кімнатної температури. Далі
готується суміш шамотно-каолінового пилу з концентрованою сірчаною
кислотою, яка і піддається спіканню.
Були проведені ряд експериментів при температурі спікання 230-240 ºС.
При такій температурі отриманий спік володіє підвищеною кислотністю, навіть
при недоліку сірчаної кислоти, і не може використовуватися як коагулянт.
Підвищена кислотність обумовлена наявністю вільної сірчаної кислоти.
Спікання при температурах 280-320 ºС дозволяє отримати спік з меншою
кислотністю, але що все ще не задовольняє вимогам ДСТУ. Наявність вільної
сірчаної кислоти в спекі вказує на те, щоб проводити спікання при ще вищих
температурах. Спікання при 380-400 ºС дозволяє отримати спік, що практично
не містить вільної сірчаної кислоти. Але підвищення температури спікання
приводить до збільшення в димових газах, що відходять, вміст пари сірчаної
кислоти і SО3, які необхідно уловлювати.
Для проведення експериментів спікання шамотно-каолінового пилу з
концентрованою сірчаною кислотою ми розробили установку, яка складається з
неіржавіючої циліндрової ємкості, що щільно закривається, поміщається в
шахтну піч. Температура спікання контролюється хромель-алюмелевою
термопарою, встановленою на поверхні ємкості. Ємкість оснащена
газовідвідною трубкою, інший кінець якої сполучений з водним холодильником.
Пари і гази, що утворюються при спіканні, через газовідвідну трубку
потрапляють в холодильник, де пари кислоти і води конденсуються. Гази, що
залишилися, піддаються очищенню - барботаж через водний розчин соди,
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 104
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
налитий в стакан. Аналіз водного розчину соди після проведення процесу
спікання дозволяє визначити кількість поглинених газів.
Спік виходить з маси, що легко руйнується, концентрація водорозчинного
оксиду алюмінію в нім складає близько 19%. Достатньо високий вміст
водорозчинного оксиду алюмінію в спіку дозволяє використати його як
неочищений коагулянт.
Для отримання очищеного коагулянту сульфат алюмінію необхідно
витягувати із спіку, в якому окрім сульфату алюмінію міститься оксид кремнію.
При обробці спіку водою сульфат алюмінію переходить в розчин, тоді як оксид
кремнію не розчиняється. Спік необхідно вилуговувати гарячою водою,
оскільки при обробці його холодною водою витягання сульфату алюмінію в
розчин знижується із-за зниження швидкості розчинення і зменшення
розчинності.
Отриману в результаті вилуговування суспензію піддають двохстадійним
фазам розділення. Перша стадія - грубе розділення, яке основане на
відстоюванні суспензії з подальшим зливом розчину. Друга стадія - тонке
фільтрування на вакуум-фільтрі відокремленого на першій стадії розчину.
Якщо споживач знаходиться дуже близько, то для очищення води можна
використовувати відфільтрований розчин сульфату алюмінію. Таким чином, на
даній стадії процесу коагулянт отримують у вигляді розчину.
З розчину сульфату алюмінію досить легко можна отримати кристалічний
сульфат алюмінію. Для цього необхідно провести упарювання розчину і
охолодити його до температури кристалізації сульфату алюмінію з упареного
розчину.
Для того, щоб визначити об'єм, до якого необхідно упарювати розчин
сульфату алюмінію, необхідно задатися концентрацією упареного розчину і
скористатися діаграмою розчинності сульфату алюмінію.
9.2. Електрофільтрація промислового пилу
Електрофільтри типу ЕФД виготовляються з використанням
високоякісних вітчизняних та імпортних матеріалів.
Конструкція ЕФД була ретельно продумана, щоб отримати легко
вмонтовуваний, недорогий і простий в обслуговуванні електрофільтр.
Конструктивні особливості ЕФД роблять його одним з найбільш ефективних і
затребуваних електрофільтрів на сучасному ринку.
У електрофільтрах ЕФД використовуються унікальні конструктивні
особливості, які гарантують високу ефективність уловлювання пилу протягом
всього терміну служби при мінімальному технічному обслуговуванні.
Електрофільтри ЕФД/ЕФДК -1, -2, -3, призначені для високоефективного
очищення технологічних газів і аспіраційного повітря від твердих і пилуватих
забруднень (пилу, золи), що виділяються при технологічних процесах, в чорній і
кольоровій металургії, енергетиці, промисловості будівельних матеріалів,
хімічній і нафтовій промисловості.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 105
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Очищення відбувається при проходженні забруднених газів через
електрофільтр. Частинки пилу або туману заряджають під дією електричного
поля і осідають на осаджувальних електродах. Після накопичення певного шару
пил скидається в бункер.
Ефективність газоочищення з використанням електрофільтрів залежить
від фізико-хімічних параметрів пилогазового потоку, швидкості та часу
перебування газу в електрофільтрі. Величина ефективності електрофільтру - 98-
99,9%.
Нові електрофільтри ЕФД випускаються з наступними технічними
характеристиками:
Таблиця 9.1.
№ Технічний параметр Величина Од.вимір.
п/п
1. Запиленя газу на вході в електрофільтр 10,0 – 1000,0 тис.м3/год
2. Запиленя газу на виході з електрофільтру до 90,0 г/Н·м3
3. Температура газу 0,05 г/Н·м3
4. Енергетичні витрати на очищення 1000 м3,
не більш до 300 °С
5. Висота електродної системи 0,5 – 0,6 кВт·год
6. Продуктивність по газу 3,0 - 15,0 м
За погодженням, електрофільтри оснащуються автономною, або
інтегрованою в технологічний агрегат, системою автоматичного управління і
контролю.
Електрофільтри ЕФД і його системи захищені патентами і володіють
патентною чистотою відносно розвинених країн.
Перевагами електрофільтрів типу ЕФД перед електрофільтрами інших
виробників є:
- збільшена площа поверхні осадження на 30-50% (при збереженні
габаритів апарату);
- збільшений в 2-3 рази об'єм міжелектродного простору оброблюваний
струмом і полем коронного розряду;
- зменшений більш ніж в 2 рази віднесення пилу при регенерації
(струшуванні) електродів;
- використання аеродинамічного ефекту газового потоку в процесі
уловлювання частинок пилу;
- стійкість до виникнення зворотної корони;
- секціонування по висоті осаджувальних і коронуючих електродів.
Взаємне розташування коронуючих і осаджувальних електродів прийнято
характеризувати параметром f = d / h, де d - відстань (крок) між коронуючими
елементами в ряду, h - розрядна відстань. Цей параметр - основний в даному
випадку, хоча необхідно одночасно враховувати і
співвідношення між кроком установки фіксованих розрядних точок
(голки, зубці і тому подібне) на коронуючих елементах і розрядною відстанню
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 106
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
h, у разі використання коронуючих електродів з фіксованими розрядними
точками.
У перших електрофільтрах параметр f знаходився в межах 1,4-1,6. Це,
наприклад, можна виявити і в даний час в електрофільтрах з осаджувальними
електродами типу ОГП, ГП, ГК тощо. (розробка 50-х років 20-го століття), а
також в електрофільтрах пізніших (70-ті роки минулого століття) розробок -
УГТ, ЕГТ, що знаходяться в експлуатації на ряду виробництв донині.
В даний час можна вважати, що оптимальне значення параметра f
знаходиться в області величин менше 1,0, в межах 0,6-0,8.
Публікації, що з'явилися останнім часом (2005-2010 роки), з даного
питання, на наш погляд, з певною часткою тенденційності або слабкої
аргументації освітлюють рішення цього питання.
Одним з методів визначення оптимального значення параметра f, разом з
прямими інструментальними вимірюваннями поверхневої щільності струму
коронного розряду і моделюванням електричних полів в системах електродів, є
також спосіб фотографування коронного розряду у всьому просторі
міжелектродного проміжку у натуральну величину, вперше випробуваний в
1972 р. на дослідно-промисловому електрофільтрі ЕФА у складі установки
регенерації відпрацьованих солянокислих травильних розчинів. Завдяки
перевагам нового способу і на його основі - новій методиці досліджень - були
успішно вирішені питання оптимізації (з позицій електричних параметрів)
форми електродів (осаджувальних і коронуючих) та їх взаємного розташування.
Тому, далі проведемо розробку мікропроцесорної схеми керування
електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів цеху грануляційного
спікання, основне призначення якого – дотримання необхідного рівня ГДК
пилуватих забруднень у промислових атмосферних викидах цеху
грануляційного спікання шляхом електростатичного осадження останніх на
решітці електрофільтру та проведемо стабілізацію великої напруги за
допомогою низьковольтних кремнієвих стабілітронів використаних в даному
пристрої.
9.3 Розробка мікропроцесорної схеми керування електрофільтром
очищення від пилу атмосферних викидів цеху грануляційного спікання
Функціональна блок-схема мікропроцесорної схеми керування
електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів. На рисунку 9.1
представлена функціональна блок-схема мікропроцесорної схеми керування
електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 107
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Ï åðø èé ñêëàäåí èé
òðàí çèñòî ðí èé êëþ ÷
220 B Âèñî êî ÷àñòî òí èé Ñòàá³ë³çî âàí å Âèñî êî ÷àñòî òí èé Ñòàá³ë³çàòî ð
Ì ³êðî êî í òðî ëåð
çàãî ðî äæóâàëüí èé ô ³ëüòð äæåðåëî æèâëåí í ÿ ô î ðì óâà÷ ³ì ï óëüñ³â í àï ðóãè
Äðóãèé ñêëàäåí èé
òðàí çèñòî ðí èé êëþ ÷
220 B Ñòàá³ë³çî âàí å Áëî ê âèñî êî âî ëüòí î ¿
Ôî ðì óâà÷
äæåðåëî æèâëåí í ÿ ³î í ³çàö³¿
Рисунок 9.1 - Блок-схема мікропроцесорної схеми керування
електрофільтром очищення
Розроблюваний пристрій складається з таких блоків та вузлів.
Високочастотний загороджувальний фільтр призначений для усунення
високочастотних мережевих перешкод для захисту оптопари. Стабілізовані
блоки живвлення – призначені для перетворення мережевої змінної напруги 230
В у постійну стабілізовану напругу живлення різноманітних блоків та схем
пристрою.
Основу схеми складає мікропроцесор DD1 для стабільної роботи якого в
схемі використано формувач тактових імпульсів – генерація керуючих роботою
мікропроцесора імпульсів. Складені транзисторні ключі верхньої ланки схеми
необхідні для прискорення розрядки вхідних ємкостей польових транзисторів
високочастотного формувача імпульсів, а складені транзисторні ключі нижньої
ланки схеми – призначені для швидкого відкриття складених транзисторних
ключів верхньої ланки схеми.
Стабілізатором напруги є низьковольтний кремнієвий стабілітрон, котрий
виступає як джерело опорної напруги і на основі якого розроблено стабілізоване
високовольтне джерело живлення основного виконавчого блоку схеми, а саме –
блоку високовольтного іонізатора, який і представляє собою основний
виконавчий елемент електрофільтру.
Опис електричної принципової мікропроцесорної схеми керування
електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів. Електрична
принципова мікропроцесорна схема керування електрофільтром очищення від
пилу атмосферних викидів показана на рисунку 9.2.
Основним елементом управління силовими транзисторами схеми є
мікросхеми малого ступеня інтеграції, і не завжди можливо отримати саме ті
послідовності імпульсів які хотілося б. До того ж в потужних блоках живлення
після вхідного випрямляча стоять конденсатори достатньо великого номіналу,
заряджати які треба поступово. Та і захист силових транзисторів можна
організувати досить просто використовуючи той же контролер.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 108
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
VT1
VD1 R5 U1
R30
R6
VD7 С3 R27
VT15
VD17..VD20 L1 С17
С16
VD2 FU1
R13 +
VD8 С11
DD1
VT3 6 17
RB0 CPU RA0
VT7
7
RB1
R9 R23
VD3 8 2
RB2 RA3 R33
FU2
9
RB3 VD14
С1
10 VT13 DA1 DA2
RB4 VD21
R2
12 16 С9 Тр3
С4 R10 RB6 OSC1
VD22..VD25
VT8 13
RB7 R29
Тр1 VT4 R14 ZQ1 + + +
С12 С13 С14
14 15
VCC OSC2
5 4
GND MCLR
С6 С7
VD4 R19 R28
R3 С5
С2
VD5
VD9 R11 VT9
R15
C15
VT5
VD10 VD13
VD6 VD11 R24 R26
C8 VT14
R22
R7 R16
VT2 R31
VT12 VS1 Tp2
VT11 FV1
R21 R25 VD15 FV2
R8 R17 R20 C9 +
VD16 R32
VD12
VT6
R1 R4
R12 VT10
R18
С2
Рисунок 9.2 - Електрична принципова мікропроцесорна схема керування
електрофільтром
Мережева напруга пройшовши через високочастотний загороджувальний
фільтр L1 поступає на випрямляч VD17-VD20. Мережева напруга поступає так
само на трансформатор Тр3, потім діоди VD22-VD25 на стабілізатор напруги
DА2 з якого живляться світлодіод оптрона U1 і транзисторні ключі VT13-VT15.
Ця ж напруга перетвориться стабілізатором на мікросхемі DA1 для живлення
контролера DD1 і ключів VT7-VT8. Пульсуюча напруга частотою 100 Гц
перетвориться формувачем на VT13, R33, R28, R29 в негативні імпульси
тривалістю приблизно 1 мс у моменти переходу через нуль мережевої напруги і
поступають на вхід INT контролера.
Після деякої затримки викликаною виходом усіх режимів контролера в
нормальний режим, на виході RA0 мікросхеми DD1 починають з'являтися
позитивні імпульси тривалістю 12 мкс, які відкривають транзистор VT15, а
також оптотирістор U1 в кінці півхвилі мережевої напруги. Приблизно протягом
трьох секунд ці імпульси плавно зміщуються до моменту переходу через нуль
мережевої напруги. Таким чином ми маємо плавне наростання напруги на
ємкості C11 від нуля до максимуму. Це необхідно для запобігання виходу з ладу
як діодного моста VD17-VD20 так і самої ємності. Після досягнення робочої
напруги на виході контролера формуються відкриваючі і закриваючі імпульси
згідно алгоритму показаному на рисунку 2.3.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 109
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
+
220 B
Рисунок 9.3 – Алгоритм роботи контролера
Складені ключі на транзисторах VT3, VT4, VT7, VT8 необхідні для
прискорення розрядки вхідних ємкостей польових транзисторів.
А ключі на транзисторах VT5, VT6, VT9, VT10 для їх швидкого відкриття.
При використанні кварцу ZQ1 на частоту 4 МГц транзисторні ключі
відкриваються з частотою 25 кГц. У моменти відкриття транзисторів VT1, VT2
залежно від споживаної потужності на резисторах R1, R5 відбувається падіння
напруги.
Як тільки воно досягне рівня 0,6 В контролер перейде в режим
переривання програми по RB6, RB7, і відключить оптодиністор, закриє польові
транзистори і включить світлодіод VD14 - аварія. У такому стані він
знаходитиметься скільки завгодно довго поки не буде відключено живлення або
не скинутий по входу MCLR.
Трансформатор Tр3 первинна обмотка якого розрахована на 230 В а
вторинна на 9-12 В і струм 150 мА. Трансформатор Tр1 намотаний на складених
в троє феритових кільцях М2000НМ розміром К54х32х6. Первинна обмотка
намотана джгутом з 4-х дротів і містить 2х45 витків дроту ПЭВ2 діаметром 0,6
мм. Вторинна намотана джгутом з 16-ти дротів і містить 2х10 вітків дроту ПЭВ2
діаметром 0,7 мм. Замість TO132-40 можна застосувати ТО125-12,5.
Транзистори КТ315 можна замінити на КТ3102; КТ361 на КТ3107. Діоди
КД105А будь-які на струм 200-500 мА. Електролітичні конденсатори типу К50-
35, решта КМ. Резистори типу МЛТ. Щоб уникнути наведень, дроти йдуть від
резисторів R4, R6 до входу RB6, RB7 повинні бути якомога коротше. Якщо ці
входи використовуватися не будуть то їх слід замкнути з нульовим дротом. На
виході RB5 присутня послідовність (рисунок 2.3), її можна використовувати для
комутації навантаження після того, як транзистори перемкнулися.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 110
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
10 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ РОЗРАХУНКИ ЕЛЕМЕНТІВ СЕП
ПРОМИСЛОВОГО ПІДПРИЄМСТВА – визначення економічного ефекту
від впровадження мікропроцесорної схеми керування електрофільтром
очищення від пилу атмосферних викидів цеху грануляційного спікання
З метою застосування високоефективного способу очищення пилових
атмосферних викидів глиноземного виробництва будемо використовувати
мікропроцесорну схему керування електрофільтром очищення від пилу
атмосферних викидів цеху грануляційного спікання, що дозволяє збільшити
якість очищення до 98…99,5%, зменшити час очищення пилуватих
атмосферних викидів цеху, і, відповідно, зменшити час виготовлення партії
виробів за одну зміну на 15%. Таким чином, за умов незмінення виготовлення
кількості виробів за одну робочу зміну, можна вважати, що використання
мікропроцесорної схеми керування електрофільтром очищення дозволяє
зменшити коефіцієнт завантаженості на 15%, тобто ΔК = К .0,15 = 1.
В В 0,15 = 0,15.
Номінальна потужність електрофільтру Р = 3,2 кВт; при cos φ = 0,84 (tg ϕ =
0,65). Модифікація електрофільтру розроблюваною схемою є сучасною та
компактною, а сама вона стає більш ефективною та керованою, не містить
додаткового механічного оснащення і не потребує спеціально створених умов
навколишнього середовища.
Визначаємо основні електричні характеристики електрообладнання.
Реактивна та повна спожита потужність обладнання:
Q = P ⋅ tgϕ ;
Q = 3,2 ⋅0,65 = 2,08 квар;
S = P2 +Q2 ;
S = 3,22 + 2,082 = 3,82 кВА.
Розглянувши попередні розрахунки ми можемо зробити висновок, що
впровадження новітніх енергозберігаючих заходів в технологічний процес
очищення пилуватих атмосферних викидів цеху грануляційного спікання
дозволить зменшити потужність живлячого (цехового) трансформатора, а також
до значного зниження ударних струмів, що виникають при комутаційних
переключеннях.
Для приблизного розрахунку економічного ефекту від впровадження
новітніх енергозберігаючих заходів та технологій скористаємося порівняльною
характеристикою, щодо спожитої електроенергії за рік, при роботі
технологічного обладнання в одну зміну при 8-годинному робочому дні п‘ять
днів на тиждень, тобто 2112 годин на рік:
C = ∆Kв ⋅Cел ⋅ t ⋅S,
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 111
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
де ΔКВ – зменшення коефіцієнту завантаженості технологічного обладнання
за рахунок використання схеми керування електрофільтром очищення від
пилу; ΔКВ = 0,15;
Сел – вартість однієї кіловат-години; Сел =9,9 грн;
S – споживана потужність технологічним електрообладнанням;
S = 3,82 кВА;
t – кількість робочих годин на рік, t = 2112 годин.
C = 0,15 ⋅9,9 ⋅2112 ⋅3,82 =11980,7 грн. за рік.
Отже, можна зробити висновок про те, що застосування
високоефективного способу очищення пилових атмосферних викидів
глиноземного виробництва є технічно і економічно вигідним і має економічний
ефект: С = 11980,7 грн. за рік.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 112
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
11 ОХОРОНА ПРАЦІ
11.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на працівників
дослідницької лабораторії
Усі роботи, щодо виконання даної роботи проводяться в приміщенні
дослідницької лабораторії, де проводяться роботи щодо розрахунків та
моделювання різноманітних процесів, що виникають в системах
електропостачання підприємств. Проведення подібного виду робіт неможливе
без використання сучасного персонального комп’ютера (ПК) для відповідних
розрахунків та побудови планів та схем. Тому для більш продуктивної та
безпечної праці співробітників лабораторії необхідно створити раціональні та
безпечні умови праці під час роботи з в приміщенні лабораторії.
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність
співробітника, який працює у лабораторії. За рівнем фізичних навантажень дана
робота відноситься до категорії I а, оскільки не потребує навіть деякого
фізичного навантаження при роботі з ПК.
Робоче місце співробітника є постійним і складається зі столу (для
вільного переміщення спеціаліста за столом встановлено рухоме крісло, яке
повторює анатомію тіла людини), в лівій і правій частині якого встановлений
персональний комп'ютер. Робоче місце знаходиться в окремому приміщенні,
мебльованому столами зі встановленими на них ПК. Монітори комп'ютерів
розміщені так, щоб відстань від очей користувача до екрану складала не менше
70 cм, кут зору 30о, для мінімізації впливу випромінювання на зір.
Розміри лабораторії становлять: ширина - 4,5 м, довжина - 8 м, висота
стелі - 3 м, площа приміщення складає 36 м2. Лабораторія розрахована на
максимальну кількість працюючих 4 особи. Звідси площа, яка припадає на одну
людину, дорівнює 9 м2. Об’єм приміщення становить 108 м3. Звідси об'єм, який
припадає на одну людину, дорівнює 27 м3, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-
2010.
Лабораторія розташована в північній частині будівлі, стіни мають світле
забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 50-54%, колір має матову
структуру.
В лабораторії в холодний період року функціонує система
централізованого водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013
«Опалення, вентиляція та кондиціювання». Для її забезпечення встановлено три
сталевих радіатори, що дозволяють підтримувати температуру повітря в
холодний період року - 22 - 24 °С.
Важливе значення мають фактори мікроклімату в робочому приміщенні,
так як вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття дослідника.
Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів мікроклімату
наступні:
1. Температури повітря:
В теплий період року - 20 - 24 °С (допустима - 20 - 28 °С);
В холодний період року - 21 - 24 °С (допустима - 21 - 25 °С).
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 113
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2. Вологість повітря:
В теплий період року - 40 - 60 %;
В холодний період року - 40 - 60 %.
3. Швидкість руху повітря:
В теплий період року - 0,1 м/с (допустима - 0,1...0,2 м/с) ;
В холодний період року - 0,1 м/с (допустима - менше 0,1 м/с) .
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:
1. Температури повітря:
В теплий період року - 24-25 °С ;
В холодний період року -20-21 °С .
2. Вологість повітря:
В теплий період року - 42-50 %;
В холодний період року - 52-55 %.
3. Швидкість руху повітря:
В теплий період року - 0,1 м/с;
В холодний період року - 0,15 м/с.
Фактичні параметри мікроклімату повністю відповідають нормативним
вимогам згідно ДСН 3.3.6.042-99.
Оскільки працівник проводить велику кількість часу поряд із системним
блоком комп’ютера, то шум також являється важливим фактором виробничого
середовища. Головним джерелом шуму є вентилятор охолодження в системному
блоці комп’ютера та принтер.
Згідно з ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих
місцях» нормативне значення еквівалентного рівня шуму при даному видові
діяльності та типу робочого місця складає 50 дБА, а рівень фактичного шуму в
приміщенні становить 47-49 дБА, що відповідає нормативному.
На робочому місці величина напруженості електромагнітного поля не
перевищує нормативне значення, визначене в ДСН 3.3.6.096-2002.
Умови праці співробітників лабораторії при роботі з обладнанням крім
стану параметрів виробничого середовища, визначаються також
характеристиками використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів
у робочій зоні, конструкцією робочих меблів та її розмірними
характеристиками. Тип робочого крісла обирається у відповідності ДСТУ
8604:2015 та в залежності від тривалості роботи: при тривалій - масивне, при
короткочасній - крісло легкої конструкції, в якому легко пересуватися.
Ширина столу 0,9 м, усі предмети, що знаходяться на ньому розташовані
на відстані не більш 75 см від працівника, отже вони знаходяться в робочій зоні.
Висота столу 74 см; висота стільця 40 см (можливе індивідуальне
налаштування). Робота з обладнанням, зокрема з комп’ютером ведеться
відповідно до рекомендацій безпечної роботи згідно НПАОП 0.00-7.15-18.
Робоча поза працюючого безпосередньо пов’язана з тривалим
очікуванням закінчення обробки результатів комп’ютером, що в свою чергу
призводить до періодичного перебування в незручній, фіксованій позі до 25%
від загальної тривалості роботи.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 114
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Ступінь складності завдання полягає в передачі інформації, обробці
отриманих результатів, визначаючи їх вірність та коректність, що відповідає
допустимому класові умов праці.
Раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає
позитивного психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню
продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому і травматизм на
виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці.
До освітлення надаються певні вимоги:
- освітлення на робочих місцях повинно бути достатнім для виконання
даної роботи;
- освітлення повинно бути рівномірним по робочій поверхні;
- на робочій поверхні не повинно бути тіні, особливо рухливої;
- в полі зору не повинно бути прямого і відбитого блиску;
- спектральний склад світла повинен відповідати характеру роботи (ця
вимога особливо суттєва для забезпечення правильної кольоропередачі);
- світлові установки не повинні бути джерелом додаткових небезпек та
шкідливостей;
- установки повинні бути економні, прості та надійні до роботи.
Приміщення лабораторії - це приміщення з однобічним природним
освітленням, північно-східною орієнтацією віконних отворів. Природне
освітлення забезпечується крізь вікна. Розміри чотирьох вікон приміщення
однакові і становлять 1,3×1,4 м. Робочі столи розташовані таким чином, що
вікна знаходяться збоку від працюючого. Вікна обладнані світлорозсіююючими
шторками. При цьому у полі зору працюючого забезпечується оптимальне
співвідношення яскравості робочих та навколишніх поверхонь та обмежене
відбивання світла від екрану та функціональної клавіатури.
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 нормування природного освітлення
проводиться за допомогою коефіцієнта природного освітлення (КПО), розряд
зорової праці - II в, найменший об’єкт розрізнення - 0,25 мм, що відповідає
високому ступеню точності зорової праці. Контрастність найменшого об’єкту
розрізнення та фонів: між текстом на моніторі та фоном, між текстом на аркуші
паперу та аркушем, букв на клавіатурі. Фактичне значення КПО становить 15-18
%, що відповідає вимогам ДБН В.2.5-28-2018.
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в
залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру
об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Лабораторія обладнана трьома світильниками ЛСП 02В, кожний з яких
має дві люмінесцентні лампи. Фактичний рівень штучного освітлення складає
220-230 лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці не є достатнім
для виконання зорової праці ІІ розряду, відповідно ДБН В.2.5-28-2018. Тому
система загального штучного освітлення потребує модернізації.
Особливістю роботи співробітника лабораторії з монітором ПК є
підвищене зорове напруження, що пов'язане із спостереженням за інформацією
на екрані, а також з іншими негативними факторами.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 115
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Зокрема працівник втомлюється від постійного ефекту миготіння,
нестійкості та нечіткості зображення, необхідності частої переадаптації очей до
рівня освітлення екрану дисплея та загального освітлення приміщення.
Негативно впливає потреба пристосування до різновіддалених об’єктів.
Електропроводка в даному приміщенні прихованого типу. Приміщення
відноситься до 3 типу: приміщення без підвищеної небезпеки ураження людини
електричним струмом (відсутні чинники підвищеної та особливої небезпеки,
такі як: струмопровідна підлога, струмопровідний пил, агресивне середовище
що пошкоджує ізоляцію). Обладнання, встановлене в ньому живиться напругою
220 В і споживає невелику потужність. Системний блок ПК має металевий
корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82-2016 в лабораторії повинна бути
передбачена магістраль захисного занулення.
Інструктаж з техніки електробезпеки, що проводиться з працівниками
лабораторії, складений враховуючи ДНАОП 0.00-1.32-01. Правила будови
електроустановок, ДБН В.2.5-27-2006 та ПУЕ.
Проте, найбільш досконалі пристрої і нові технічні заходи з техніки
безпеки не досягають своєї мети, якщо співробітник не розуміє їх призначення.
Тільки свідоме ставлення до заходів, направлених на застереження небезпеки при
виконанні дослідних робіт, повне знання виконуваних операцій, призначення
приладів, пристроїв, обладнання, матеріалів, правильних способів користування
ними створить умови для безпечного виконання роботи. Тому під час роботи з
електрообладнанням працівник зобов'язаний виконувати ряд правил, а саме:
- при раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно
вимкнути електрообладнання;
- категорично забороняється ремонтувати електрообладнання, вмикати та
вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи;
- категорично забороняється проводити будь-які перемикання на
головному розподільному щиті;
- не знімати запобіжні кожухи;
- у випадку виявлення неполагодженого електрообладнання,
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу;
- у випадку враження електричним струмом слід терміново звільнити
потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги, при
необхідності викликати лікаря.
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією
вибухопожежонебезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016 (горючі та
важкогорючі рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини, а також речовини,
здатні горіти тільки при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним.). В
даному приміщенні забезпечуються необхідні заходи щодо протидії виникнення
пожежонебезпечних ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2004 «Правила пожежної
безпеки України». Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до
«Типових правил пожежної безпеки для промислових підприємств». План
евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. Для попередження
пожеж в ній використовується електрична пожежна сигналізація променевого
типу та димові датчики у кількості 2 шт відповідно ДБН В.2.5.56-2014.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 116
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5У, який
закріплений у підставці на стіні поряд з дверима, відповідно «Правил
експлуатації та типових норм належності вогнегасників».
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. Перевірка
здійснюється згідно затвердженого переліку запитань.
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову)
незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний
інструктаж проводиться з працівниками та студентами на робочому місці до
початку роботи. Запис про проведення вступного інструктажу робиться у
спеціальному журналі.
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма
працівниками та студентами: на роботах з підвищеною небезпекою - 1 раз у
квартал, на інших роботах - 1 раз на півріччя.
В результаті проведеного аналізу можливо зробити висновок про те, що
найбільш важливим чинником, що впливає на безпеку праці дослідника є
недостатність штучного освітлення на робочому місці. Тому необхідно
модернізувати систему загального штучного освітлення в приміщенні
лабораторії.
11.2 Модернізація системи загального штучного освітлення
Штучне освітлення є невід’ємним елементом сучасного виробничого,
адміністративного та побутового середовища. Його якість безпосередньо
впливає на продуктивність праці, збереження зору та психофізіологічний стан
людини. В умовах динамічного розвитку світлотехніки проблема раціонального
вибору систем загального штучного освітлення набуває особливої актуальності.
Система загального освітлення призначена для рівномірного або
локалізованого освітлення всього приміщення без урахування розташування
конкретних робочих місць. На відміну від місцевого та комбінованого
освітлення, вона забезпечує базовий рівень освітленості для виконання
різноманітних видів діяльності. Зважаючи на різноманіття технічних рішень, що
пропонує сучасна промисловість, систематизація знань щодо класифікації та
характеристик систем загального штучного освітлення є необхідною
передумовою для обґрунтованого проєктування.
Системи загального штучного освітлення класифікуються за кількома
критеріями, що дозволяє комплексно оцінити їх функціональні можливості та
сферу застосування.
За характером розподілу світлового потоку у просторі приміщення
виділяють:
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 117
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- рівномірне загальне освітлення - світильники розташовуються у
рівномірній сітці по всій площі стелі незалежно від місць розташування
обладнання або робочих місць;
- локалізоване загальне освітлення - розташування приладів визначається
розміщенням технологічного обладнання, що дозволяє підвищити ефективність
використання світлового потоку.
За типом застосовуваних джерел світла системи загального освітлення
поділяються на:
- люмінесцентні (на основі ламп денного світла);
- газорозрядні (ртутні, натрієві, металогалогенні);
- напівпровідникові (LED-системи).
За способом монтажу розрізняють вбудовані (recessed), накладні (surface-
mounted), підвісні (pendant) та трекові (track) системи. Кожен із зазначених типів
має специфічні конструктивні особливості, що обумовлюють доцільність їх
використання у конкретних умовах.
Світильник як основний конструктивний елемент системи освітлення
поєднує в собі джерело світла та арматуру. Залежно від призначення та умов
експлуатації застосовуються такі основні види:
Растрові та панельні LED-світильники.
Найбільш поширений тип для офісних та адміністративних приміщень.
Виготовляються у форматах 600×600, 1200×300 мм тощо, що відповідає
стандартним модулям підвісних стель. Характеризуються рівномірним
розподілом яскравості та мінімальним рівнем пульсацій.
Промислові підвісні світильники ("Хай-Бей").
Призначені для освітлення виробничих цехів, складів та об’єктів з
висотою підвісу від 5 до 20 метрів. Конструктивно являють собою потужні
вузьконаправлені прилади зі ступенем захисту не нижче IP65. Застосування
рефлекторів параболічної або конічної форми забезпечує концентрацію
світлового потоку у робочій зоні.
Лінійні LED-світильники.
Використовуються для формування безперервних світлових ліній у
коридорах, торгових залах та відкритих плануваннях (open space). Можливість
стикування окремих секцій дозволяє формувати протяжні інсталяції будь-якої
конфігурації. Вбудовані системи аварійного живлення роблять їх незамінними
на шляхах евакуації.
Трекові системи освітлення.
Отримали широке поширення у комерційних і виставкових просторах.
Складаються з струмоведучих шин (треків) і змінних світильників-спотів.
Характерна риса - можливість переміщення та переорієнтації приладів вздовж
треку без відключення живлення, що забезпечує гнучкість при реорганізації
простору.
Кожна технологія освітлення має специфічний набір технічних,
економічних та експлуатаційних характеристик. Порівняльний аналіз дозволяє
виявити переваги та обмеження, властиві різним рішенням.
Люмінесцентні системи освітлення.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 118
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
До переваг люмінесцентних ламп відносяться: відносно висока
світловіддача (50-80 лм/Вт), широкий спектр колірних температур,
рівномірність розподілу яскравості. Водночас ці системи мають суттєві
недоліки: наявність стробоскопічного ефекту при живленні від мережі змінного
струму без електронних пускорегулювальних апаратів, вміст ртуті (що
ускладнює утилізацію), чутливість до температурних умов та обмежений ресурс
(8 000-15 000 годин).
Газорозрядні системи освітлення.
Металогалогенні та натрієві лампи характеризуються надзвичайно
високою одиничною потужністю (від 70 до 2 000 Вт) та значним ресурсом (до
24 000 годин). Вони незамінні для зовнішнього освітлення великих площ,
спортивних споруд та вулиць. Проте тривалий час розгорання (5-10 хв.),
неможливість миттєвого повторного запуску, суттєве падіння колірних
характеристик впродовж терміну служби та необхідність у баластних пристроях
обмежують їхнє застосування.
LED-системи освітлення.
Сучасні напівпровідникові системи є домінуючою технологією завдяки
комплексу виняткових характеристик. Ефективність провідних виробників сягає
180-220 лм/Вт, що у 5-8 разів перевищує показники традиційних джерел.
Заявлений ресурс - 50000-70000 годин. Системи підтримують плавне
регулювання яскравості (димінг), миттєвий запуск та відновлення після
відключення, не містять ртуті та інших шкідливих речовин. Інтеграція з
протоколами DALI, DMX та системами розумного будинку (KNX, Zigbee)
відкриває широкі можливості для автоматизованого управління. Серед недоліків
слід відзначити значно вищу первинну вартість порівняно з альтернативами,
чутливість до перегрівання (потребує якісного теплового менеджменту), а також
нерівномірність ринку у частині стандартизації та якості продукції від різних
виробників.
Проведений аналіз свідчить, що сучасний ринок систем загального
штучного освітлення представлений широким спектром технологічних рішень,
кожне з яких має чітко визначену сферу ефективного застосування.
Люмінесцентні системи поступово витісняються більш ефективними аналогами,
проте зберігають присутність у реконструйованих об’єктах. Газорозрядні
системи залишаються актуальними для масштабних зовнішніх інсталяцій.
Провідною тенденцією є безумовне домінування LED-технології у нових
проєктах завдяки унікальному поєднанню енергоефективності, тривалого
ресурсу та функціональної гнучкості. Проєктування сучасних систем загального
освітлення вимагає комплексного підходу, що враховує нормативні вимоги до
рівня освітленості, показника дискомфорту (UGR), якості кольоропередачі (Ra)
та коефіцієнта пульсацій, а також економічну доцільність, визначену аналізом
сукупної вартості протягом усього життєвого циклу (LCC-аналіз).
Перспективами подальшого розвитку галузі є широке впровадження
систем Human Centric Lighting (HCL), що динамічно адаптують спектральні та
інтенсивні характеристики освітлення до біологічних ритмів людини, а також
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 119
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
інтеграція освітлювальних систем у єдині платформи управління будівлею
(BMS) з використанням технологій Internet of Things (IoT).
Розрахунок штучного освітлення виконаємо за методом коефіцієнта
використання світлового потоку:
Звисання світильника зі стелі hс становить 0,3 м, висота робочої поверхні
hр становить 0,8 м. Висота підвішування світильників над підлогою hп становить
2,40 м. Висота підвішування світильників над робочою поверхнею h становить
1,6 м.
Основною задачею розрахунку штучного освітлення є визначення
необхідної кількості світильників N для забезпечення нормативного рівня
штучного освітлення за формулою:
E ⋅K ⋅ S ⋅ z
N = н з
F ⋅η , (11.1)
л
де Ен - нормований рівень загального штучного освітлення, лк
Fл - світловий потік світильника, лм.
Кз - коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації, Кз = 1,4;
S - площа приміщення, яка освітлюється, S = 8 · 4,5 = 36 м2;
z - коефіцієнт нерівномірності освітлення, приймаємо рівним 1,05;
η - коефіцієнт використання світлового потоку.
Для визначення коефіцієнту використання світлового потоку знаходиться
індекс приміщення і. Індекс приміщення знаходимо за формулою:
А ⋅ В
i = (Н 0,8) (А В) , (11.2)
− ⋅ +
де А, В і Н- відповідно довжина, ширина та висота приміщення. Тоді:
i 8 ⋅ 4
= ( = 1,2
3 − 0,8)⋅ (8 + 4)
Для освітлення лабораторії обираємо світлодіодну панель EVROLIGHT PANEL-
36 6400K, яка має наступні технічні характеристики:
- Рамка по контуру - білого кольору
- Напруга живлення - 220-240 V
- Потужність - 36 Вт
- Гарантія, міс - 12
- Колір світіння - холодне світло (6400K)
- Світловий потік - 3000 Лм
- Кут розсіювання - 120 °
- Температурний режим - -20 +40 °C
- Вологозахист - IP 20
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 120
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- Довжина, мм - 595
- Товщина, мм - 9
- Ширина, мм - 595
Рисунок 11.1- Зовнішній вигляд світлодіодної панелі
EVROLIGHT PANEL-36 6400K
Коефіцієнт використання світлового потоку світлодіодного світильника
при індексі приміщення, який дорівнює 1,2 і групі світильника - 2, буде
дорівнювати η = 87%.
Знаходимо кількість світильників за формулою 11.1:
400 ⋅ 36 ⋅ 1,4 ⋅ 1,05
���� = 3000 ⋅ 0,87 = 8,1 = 9
Відповідно до вищенаведених розрахунків можна зробити висновок, що
для влаштування системи загального штучного освітлення цілком достатньо
дев’яти світлодіодних панелі EVROLIGHT PANEL-36 6400K. Для живлення
світильників в даному приміщенні можна використати дріт з мідними
струмопровідними жилами перетином 1,0 - 1,5 мм2.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 121
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Правила улаштування електроустановок. ПУЕ 5-тє вид., перероб. та
доповнене. – Х.: , 2017. – 736 с.
2. ДСТУ EN 50160:2014 (ЕN 50160:2010, IDТ) Національний стандарт України.
Характеристики напруги електропостачання в електричних мережах
загальної призначеності.
3. Електропостачання промислових підприємств. Посібник для курсового та
дипломного проєктування / Шестеренко В.Є., Шестеренко О.В. – Київ, 2013.
– 424 с.
4. Електропостачання промислових підприємств : Підручник для студентів
електромеханічних спеціальностей / В.І. Мілих, Т.П. Павленко. – Харків :
ФОП Панов А. М., 2016. – 272 с.
5. Бурбело М.Й., Бірюков О.О., Мельничук Л.М. Системи електропостачання.
Елементи теорії та приклади розрахунків. Вінниця: ВНТУ, 2011. 204 с.
6. Коліушко Д. Г. Проєктування систем електропостачання промислових
підприємств: навч.-метод. посібник до виконання курсового проєкту за
курсом "Електропостачання промислових підприємств та
енергозбереження": для студентів дистанц. форми навчання за спец.141–
Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка за освітньою
програмою 03 "Електропривід, мехатроніка та робототехніка" / Д. Г.
Коліушко, Л. В. Асмолова ; Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т". – Харків:
ПромАрт, 2021. – 96 с.
7. Споживачі електричної енергії. Електричне освітлення : навч. посіб. / О. І.
Соловей, А. В. Чернявський, О. О. Ситник, В. Ф. Ткаченко, Г. В. Курбака ; за
ред. Солов’я О. І.; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. –
Черкаси : ФОП Гордієнко Є.І., 2018. – 132 с.
8. СОУ-Н ЕЕ 20.178:2008. Схеми принципові електричні розподільчих
установок напругою від 6 кВ до 750 кВ електричних підстанцій.
9. ДСТУ-Н Б В.2.5-80:202015 Настанова з проєктування систем
електропостачання промислових підприємств.
10. СОУ-Н МПЕ 40.1.20.510:2006 Методика визначення економічно доцільних
обсягів компенсації реактивної енергії, яка перетікає між електричними
мережами електропередавальної організації та споживача.
11. Перехідні процеси в системах електропостачання: Підручник для вузів. /
Г.Г. Півняк, В.М. Винославський, А.Я. Рибалко, Л.І. Несен. –
Дніпропетровськ, 2002. – 597 с.
12. ДСТУ-Н Б В.2.5-80:2015 «Настанова з проєктування систем
електропостачання промислових підприємств».
13. Букович Н. В. Розрахунок струмів короткого замикання
електроенергетичних систем. Львів : Вища шк., 2008. 248 с ДСТУ EN
50160:2014.
14. Зорін В.В., Штогрин Є.А., Буйний Р.О. Електричні мережі та системи.
Ніжин: Аспект-Поліграф, 2011. 224 с.
15. Струми короткого замикання у трифазних системах змінного струму. Ч. 0.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 122
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Обчислення сили струму (ІЕС 60909- 0:2001, IDТ). Видання офіційне. Київ:
Держспоживстандарт України, 2009. 51 с.
16. Методичні рекомендації до підготовки випускної роботи бакалавра для
здобувачів освітнього ступеня бакалавр спеціальності 141
«Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» усіх форм
навчання [Електронний ресурс] / [Упоряд. : Ситник О.О., Яценко І.В.,
Ключка К. М., Самойлик О.В.] ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ.
технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2022. – 98 с.
17. Соловей О.І. Техніко-економічні розрахунки систем електропостачання
промислових підприємств / О.І. Соловей, О.О. Ситник, В.П. Розен, В.В.
Демиденко, Г.В. Курбака, А.В. Чернявський та С.М. Мильніченко // Черкаси:
ЧДТУ, 2012, с. 247.
18. Методичні вказівки до виконання розділу «Охорона праці» в дипломних
проектах (випускних роботах) бакалаврів / Укл.: В.І.Биков, О.С.Кожем’якін,
В.Л. Цікановський, С.В.Ротте – Черкаси: ЧДТУ, 2014. – 33 с.
Арк.
ЧДТУ А1 22315 94/03-03 ПЗ 123
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата