5. Примерное содержание и порядок выполнения курсового проекта (курсовой работы)

Титульный лист работы оформляется в соответствии с прил. 2. Содержание (форма П.2, П.3) включает в себя порядковые номера и наименования разделов, подразделов и приложений с указанием их обозначений и заголовков, размещается на новой странице после титульного листа. Введение раскрывает цель курсового проекта (курсовой работы) и характеристику объекта исследования, назначение и область применения проектируемой системы электроснабжения и основные решаемые задачи. Основная часть включает в себя разделы, содержание которых раскрывается ниже.

5.1. Расчет электрических нагрузок

промышленных предприятий (цехи № 1 и 2)

В работе необходимо методом коэффициентов использования (k_и.а) и максимума (k_м.а) (метод упорядоченных диаграмм) [4], [6], [8], [15], [24], [25], [2932], подробно описанном в разд. 4.2 данной разработки и в работе [32], определить расчетные нагрузки цехов промышленных предприятий № 1 и 2. Необходимо привести таблицы для расчета нагрузок этих цехов, подобные табл. 1.

5.1.1. Определение нагрузки и выбор числа и мощности

трансформаторов ТП-1

Определив нагрузку цеха № 2 и использовав заданные по вариантам в табл. П1.1 величины нагрузок РП-2, РП-3 и РП-4 с помощью коэффициентов одновременности (табл. 4) или надбавок мощности (табл. 5), находится нагрузка РП-1. После этого определяются нагрузки кабельных линий напряжением 0,4 кВ: нагрузка КЛ-1 равна нагрузке РП-1, нагрузка КЛ-2 равна нагрузке РП-5, т. е. цеха № 2.

В дальнейших расчетах данного раздела принимаются: нагрузка цеха № 2 (РП-5) S_{расч.РП-5} = 60,4 кВА, нагрузка РП-1  S_{расч.РП-1} = 160,0 кВА. Коэффицент мощности КЛ-2 определяется при расчете нагрузки цеха № 2 и далее принимается известным и равным cos_КЛ-2 = 0,9; коэффицент мощности КЛ-1 определяется по выражению (7), принимается равным cos_КЛ-1 = 0,88. Ниже, в разд. 5.6, по величинам длительно допустимых токов кабелей производится их выбор и проверка на допустимые потери напряжения.

Полная нагрузка на низкой стороне трансформаторной подстанции ТП-1 определяется с помощью коэффициентов одновременности (табл. 4) или надбавок мощности (табл. 5), рассматривая нагрузку КЛ-1 и цеха № 1. В приведенных ниже расчетах потерь напряжения в ВЛ-1 (10 кВ) нагрузка низкой стороны ТП-1 принята S_{расч.ТП-1} = 450 кВА, cos_ТП-1 = 0,88. Подстанция двухтрансформаторная, поэтому мощность трансформаторов, согласно (8), S_н  450,0/1,4  321,43 кВА. Предварительно принимаем к установке на ТП-1 два трансформатора мощностью по 400 кВА каждый марки ТМ-400/10 (табл. 13). Схема соединения обмоток трансформаторов принимается по вариантам /Y₀ (табл. П1.7).

5.2. Проектирование цехового электроснабжения

(цех № 1)

Порядок расчета силовых цеховых электрических сетей:

1. Составляется таблица силового оборудования цеха с указанием типа и установленной мощности. По расчитанной в п. 5.1 нагрузке цеха № 1 делается первая прикидка о числе силовых распределительных пунктов.

2. В масштабе изображается план размещения силового оборудования в цехе № 1.

3. Определяется место расположения главного распределительного пункта (в курсовом проекте (курсовой работе)  шины 0,4 кВ ТП-1).

4. Определяется число и место расположения силовых распределительных пунктов (СРП). Для этого оборудование цеха делится на группы в соответствии с его расположением на плане цеха и токовыми нагрузками. Для этих групп определяются расчетные нагрузки методом упорядоченных диаграмм [32].

5. Выбирается и изображается на плане цеха однолинейная схема соединения СРП с главным распределительным пунктом (ГРП) и с установленным оборудованием. В результате выполнения пунктов 2–5 должен появиться чертеж, аналогичный приведенным в рассмотренных ниже примерах 1 и 2 (рис. 6 и 8).

6. Используя выполненную однолинейную схему соединения ГРП с СРП и с установленным оборудованием, составляется однолинейная расчетная схема с нанесенем на нее типов выбранных кабелей, автоматов и предохранителей, а также растояний. Образец приведен ниже в примере 1 (рис. 7).

7. Рассчитывается ток в линиях (кабелях), соединяющих силовое оборудование с СРП. По табл. 22–27 настоящих методических указаний выбирается тип и сечение жил кабелей, соединяющих силовое электрооборудование с силовым распределительными щитами.

8. Определяется ток в линиях или шинопроводах, соединяющих СРП (щиты) между собой и с ГРП. По табл. 22–27 выбирается тип и сечение жил кабелей или, в случае необходимости, тип и сечение шин шинопроводов (табл. 10, 11).

9. По методике разд. 4.13 настоящего методического пособия выбираются автоматические выключатели или предохранители для защиты каждой линии. При этом необходимо выполнить расчеты токов несимметричного к.з. и расчеты пиковых токов (этот пункт можно выполнить позднее, в разд. 5.9).

Результаты расчетов необходимо свести в специальную таблицу (для примера табл. 57). Ниже на двух примерах показаны возможные схемы цехового электроснабжения.

Пример 1. Выбрать схему электроснабжения прессового участка. План расположения оборудования на участке и номинальные мощности приемников электроэнергии приведены на рис. 6 (числитель  порядковый номер оборудования, знаменатель  номинальная мощность).

Рис. 6. Электроснабжение прессового участка

Потребителями электроэнергии на участке являются прессы и небольшие по мощности металлообрабатывающие станки (на плане обозначены номерами 1115). Все приемники электроэнергии рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380 В промышленной частоты, по надежности электроснабжения относятся ко второй категории, устанавливаются стационарно и по площади участка распределены равномерно. Микроклимат на участке нормальный, т. е. температура не превышает +30 С, отсутствуют технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу оборудования.

Учитывая расположение приемников электроэнергии на плане и их номинальные мощности, можно выделить две группы потребителей: первая включает в себя с 1-го по 7-й приемники, вторая – с 8-го по 15-й. Для распределения электроэнергии по отдельным электроприемникам можно установить два силовых распределительных пункта: СРП-1 и СРП-2. Схема распределения электроэнергии показана на рис. 6.

Расчетные токи линий, питающих отдельные прессы, определяются суммой номинальных токов двигателей, установленных на прессе, а линий, питающих силовые распределительные пункты,  их расчетной мощностью, которые определяются по методу упорядоченных диаграмм (см. разд. 4.2). Для данного примера получаем Р_р1 = 34,6 кВт, Q_р1 = 7,38 кВАр, Р_р2 = 25,0 кВт, Q_р2 = 4,13 кВАр. Расчетный ток линий, питающих СРП-1 и СРП-2, составляет I_р1 = 53,82 А, I_р2 = 38,55 А соответственно.

Распределительную сеть выполняем проводом марки АПВ (алюминиевые жилы, поливинилхлоридная изоляция). Для питания силовых пунктов выбираем кабель марки АПВБГ (алюминиевые жилы, изоляции из полиэтилена, оболочка из поливинилхлоридного пластиката, броня из двух стальных лент с противокоррозионным покрытием). Выбираем сечения проводов и жил кабелей в соответствии с методикой, приведенной в разд. 4.9, и результаты сводим в табл. 57.

Таблица 57

Исходные данные и расчетные параметры примера 1

№ оборудования на плане (рис. 6)	Рном, кВт Sр, кВА	cosφном, (сosφср)	КПД (η)	Iном, (Iср), А	Iдоп, А	Число и сечение жилы F, мм2	Внутренний диаметр трубы, мм
1, 2	5,625	0,85	0,86	11,91	19	4 × 2,5	20
3, 6, 7	14,5	0,84	0,89	29,5	30	3(1 × 6) + 1 × 4	25
4, 5	21,67	0,9	0,9	40,7	55	3(1 × 16) + 1 × 10	63
СРП-1	Sр = 36,52	0,87	–	53,82	60	1(3 × 16) + 1 × 10	–
8, 9, 10	17,0	0,9	0,9	31,93	39	3(1 × 10) + 1 × 6	40
11, 12, 13	6,3	0,85	0,8	12,67	19	4 × 2,5	20
14, 15	4,0	0,85	0,89	8,04	19	4 × 2,5	20
СРП-2	Sр = 25,34	0,89	–	38,55	42	1(3 × 10) + 1 × 6	–

Для проводов предусматриваем скрытую прокладку в изоляционных трубах в полу. Силовые кабели прокладывают непосредственно по поверхности стен и закрепляют при помощи скоб (две-три на каждый метр трассы). На основе схемы соединения ГРП с СРП-1 и СРП-2, а также с установленным оборудованием составляется однолинейная расчетная схема с нанесением на нее типов выбранных кабелей, автоматов и предохранителей, а также расстояний (рис. 7).

Пример 2. Выбрать схему электроснабжения электромеханического участка. План расположения оборудования на участке и номинальные мощности приемников электроэнергии приведены на рис. 8.

Потребителями электроэнергии на участке являются металлообрабатывающие станки средней мощности, рассчитанные на переменный трехфазный ток и напряжение 380 В промышленной частоты. Окружающая среда в цехе нормальная. Расположение приемников стационарное и равномерное, что позволяет выполнить схему электроснабжения комплектными распределительными шинопроводами типа ШРА73 (табл. 11). Из-за наличия на участке мостового крана шинопроводы располагаем на колоннах и закрепляем на кронштейнах.

Р асчетные нагрузки на шинопроводы определяем методом упорядоченных диаграмм. Коэффициент использования для металлорежущих станков при крупносерийном производстве примем по [22–28] k_и = 0,16, и соs = 0,5. Учитывая, что от шинопроводов питается большое число потребителей, эффективное число электроприемников (n_э) определяем по методике [32]. Для ШРА-1 и ШРА-2 отношение m > 3, а групповой K_и.а < 0,2, поэтому n_э определяем в соответствии с методикой разд. 4.2 в следующей последовательности:

• выбирается наибольший по номинальной мощности ЭП рассматриваемой группы;

• выбираются ЭП, номинальные мощности которых равны или больше половины мощности наибольшего;

• подсчитываются число таких ЭП п₁ и их суммарная номинальная мощность Р_ном1;

• находятся относительные значения числа n_*1 и мощности P_*1 крупных ЭП по соотношениям

п_*1= п₁/п и P_*1 = Р_ном1/Р_ном;

• определяется относительное число эффективных ЭП n_э* (см. табл. 2 [32]) с использованием полученных значений п_*1 и Р_*1;

• определяется абсолютное число эффективных ЭП: n_э = n_э*п.

В зависимости от n_э и группового K_и.а по специальным номограммам (рис. 2) или табл. 3 [32] определяют коэффициент максимума (K_м.а) для группы электроприемников. Коэффициенты максимума для ШРА-1 K_м.а1 = 2 и для ШРА-2 K_м.а2 = 1,57.

Расчетные активные мощности составляют (см. формулы 4, 5):

Р_р1 = K_м.а1K_и.аР_номi = 2  0,16  220,47 = 70,55 кВт;

Р_р2 = K_м.а2K_и.аР_номi= 1,57  0,16  577,8 = 145,15 кВт.

С учетом того, что n_э в обоих случаях больше 10, расчетная реактивная мощность будет определяться по формуле (4):

Q_р1=K_иаР_номitg = 0,16  220,47  1,732 = 61,1 кВАр;

Q_р2 = 0,16  577,84  1,732 = 160,13 кВАр.

Расчетные токи на ШРА-1 и ШРА-2 составляют соответственно

I_р1= 141,97 A и I_р2 = 328,76 A.

К установке принимаем шинопроводы ШРА73-1 и ШРА73-4 (табл. 11) с номинальными токами соответственно 160 и 400 А. Распределение электроэнергии к отдельным приемникам осуществляем от ответвительных коробок шинопроводов проводом марки АПВ, проложенным в металлорукавах. Выбор сечений проводов выполняется аналогично предыдущему примеру, поэтому здесь не рассматривается. Схема электроснабжения механического участка приведена на рис. 8.

5.3. Выбор количества, мощности и мест

расположения подстанций 10/0,4 кВ

населенного пункта. Определение расчетных

нагрузок населенного пункта

Для выбора оптимального количества и местоположений трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ в небольших селениях нет достаточно надежных аналитических методов. Поэтому количество ТП 10/0,4 кВ обычно определяют с учетом опыта и интуитции инженера-проектировщика. В небольших населенных пунктах количество ТП, как правило, составляет от одной до четырех, причем стремятся по возможности питание производственных потребителей осуществлять от отдельных ТП или, по крайней мере, от отдельных линий 0,4 кВ. В зависимости от расчетной нагрузки населенного пункта (см. разд. 4.4) и рассосредоточенности потребителей в вариантах курсового проекта (курсовой работы) возможно сооружение одной или двух ТП.

Предварительный выбор количества и мощности трансформаторов ТП 10/0,4 кВ населенного пункта так или иначе требует определения его суммарной нагрузки. Для наглядного представления об электрических нагрузках населенного пункта, согласно вариантам задания, составляется таблица, в которой приводятся значения нагрузок на вводе отдельных помещений. Ее примерный вид приведен в табл. 58 (данные приведены только для объектов, участвующих в рассчетах). Заполнение таблицы не вызывает трудностей, все данные можно получить для своего варианта из табл. П1.4 и П1.5 и табл. 6.

Таблица 58

Расчетные нагрузки на вводе помещений

Помещение	День				Вечер
	Pд, кВт	Qд, кВАр	Sд, кВА	cosд	Pв, кВт	Qв, кВАр	Sв, кВА	cosв
1. Одноквартирный жилой дом	4,5	1,5	4,74	0,95	7,5	1,87	7,73	0,97
2. Двухквартирный жилой дом	0,5	0,24	0,55	0,90	1,5	0,6	1,61	0,93
3. Молочная ферма КРС	–	–	–	–	–	–	–	–
4. Молочный цех с холод. установкой	17,0	10,53	20	0,85	17,2	10,2	20	0,86
5. Свиноводческая ферма	–	–	–	–	–	–	–	–
6. Птичник клеточного содержания	95,7	40,8	104	0,92	124,8	36,4	130	0,96
7. Картофеле- и овощехранилище	–	–	–	–	–	–	–	–
8. Ремонтная мастерская	–	–	–	–	–	–	–	–
9. Лесопильный цех	29,75	23,15	35,0	0,75	1,4	1,43	2,0	0,70
10. Кормоприготовительный цех	10,5	9,26	14,0	0,75	7,5	6,6	10	0,75
11. Общеобразовательная школа	11,04	4,71	12	0,92	17,1	5,62	18	0,95
12. Административное здание	–	–	–	–	–	–	–	–
13. Клуб	13,8	5,88	15	0,92	9,98	3,29	10,5	0,95
14. Баня	–	–	–	–	–	–	–	–
15. Дошкольное учреждение	–	–	–	–	–	–	–	–
16. Магазин	–	–	–	–	–	–	–	–

Раздельно для режимов дневной и вечерней нагрузки определяются расчетные нагрузки для четырех групп потребителей: жилые дома, коммунальные и культурно-административные потребители, производственные потребители и наружное освещение. Для вычисления расчетной нагрузки группы потребителей используются коэффициенты одновременности (табл. 4), а для определения суммарной нагрузки – таблица суммирования нагрузок (табл. 5).

После приближенного определения расчетной нагрузки населенного пункта (вечерний максимум нагрузки S_в.НП = 386 кВА, расчеты здесь не приводятся) ориентировочно намечаем соотружение двух ТП (ТП-2 и ТП-3). К ТП-2 предполагается присоединить производственные потребители № 4, 6, 9 и 10, жилые дома, школу (№ 11) и клуб (№ 13). ТП-2 двухтрансформаторная, закрытого исполнения, как минимум с двумя вводами высокого напряжения, так как по варианту (табл. П1.11) не предусмотрено резервирование по сети 10 кВ. Предварительное приближенное определение расчетной нагрузки данной подстанции подробно приведено ниже, также рссчитывается нагрузка всего населенного пункта (S_в.НП)).

Электроснабжение других потребителей, приведенных в табл. 58 (знак «–» в этой таблице означает, что данного потребителя нет), предполагается осуществить от однотрансформаторной подстанции ТП-3.

Для ориентировочного определения местоположения ТП по выражению (1) находятся координаты «центра тяжести» расчетных нагрузок. Исходные данные для определения координат X и Y подстанций (для примера – ТП-2) должны быть сведены в таблицу, примерный вид которой приведен в табл. 59. В некоторых вариантах может получиться так, что изначально выбранное число ТП ошибочно в силу либо недопустимых токовых нагрузок, либо по причине больших потерь напряжения в нормальном режиме или при проверке условий пуска асинхронных двигателей. В этом случае необходимо пересмотреть число трансформаторных подстанций в сторону их увеличения и вновь произвести все необходимые расчеты.

Таблица 59

Исходные данные для определения координат ПС № 2 и 3

№ потребителя	S, кВА	X, мм	Y, мм	№ потребителя	S, кВА	X, мм	Y, мм
ТП-2
1	4,74			11	12,0
2	1,1			13	15,0
…				…
	Si=	SiXi=	SiYi=		Si=	SiXi=	SiYi=
ТП-3
2				12
7				16
…				…
	Si=	SiXi=	SiYi=		Si=	SiXi=	SiYi=

Места расположения ТП населенного пункта указываются на карте-схеме окружностью диаметром 5 мм (рис. 9).