Системой электроснабжения называют электрическую систему, состоящую из устройств производства, передачи и распределения электрической энергии и предназначенную для бесперебойного и качественного снабжения ею потребителей, к которым относятся электродвигатели различных механизмов и различные электротехнологические установки (сварочные аппараты, нагревательные печи, электроустановки освещения и т.д.).

С точки зрения электроснабжения строительной площадки или производственного цеха под источником электроэнергии понимают трансформатор, установленный на цеховой трансформаторной подстанции, распределительную сеть низкого напряжения – 380 В, выполненную кабелями или изолированными проводами и электроприёмники - электродвигатели станков и другого механического оборудования. В этом случае электроэнергия поступает по кабелям от трансформатора к силовым распределительным шкафам, установленным в цехе вдоль стен или колонн вблизи отдельных групп станков. От распределительных шкафов скрытой проводкой в трубах изолированными проводами электроэнергия поступает к станкам.

Задача проектирования системы электроснабжения в данной работе согласно заданию (см. Приложение I) сводится к следующему:

1. начертить в масштабе план цеха и показать на нем оборудование;

2. произвести размещение силовых распределительных шкафов;

3. показать на плане линии питания электроэнергией распределительных шкафов от трансформаторной подстанции;

4. для распределительного шкафа, питающего наибольшее число электродвигателей, определить:

а) сечение проводов или кабелей, отходящих к каждому электродвигателю;

б) марки проводов или кабелей и способ их прокладки;

в) номинальные токи плавких вставок предохранителей или токов уставки автоматических выключателей в распределительном шкафу, защищающих провода или кабели от токов короткого замыкания;

г) сечения проводов или кабеля, питающего (от трансформаторной подстанции) данный распределительный шкаф, и номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток уставки автоматического выключателя, установленных на подстанции.

Расчет электрических сетей сводится к определению сечения проводов и жил кабеля, к выбору аппаратуры защиты. При расчете сетей решающую роль играет правильная оценка электрических нагрузок. Порядок расчета может быть следующий.

1. Выбор схемы питающей сети

В приложении Iприведён примерный план цеха с расположением технологического оборудования. Необходимо начертить в масштабе план цеха только с тем оборудованием, которое соответствует варианту задания.

На свободном пространстве у стены вблизи центра электрических нагрузок цеха изобразить на плане трансформаторную подстанцию в виде прямоугольника с размерами 6000 х 3000 мм.

Для снабжения электроэнергией все станки необходимо разбить на группы, каждую из которых запитать от одного из выбранных силовых распределительных шкафов или пунктов. В приложении IIприведены указания по выбору распределительных шкафов или пунктов и приведены их технические характеристики. В нашем случае выбор сводится к разбиению станков на плане по количеству на группы, каждую из которых способен запитать тот или иной конкретный тип шкафа. Эти шкафы необходимо нанести на план цеха в виде прямоугольника произвольных размеров, разделённого вдоль длинной стороны пополам и с залитой нижней частью. Размещаются эти шкафы вдоль стен цеха против своей группы станков. Нанести на плане цеха линии, питающие распределительные шкафы от цеховой трансформаторной подстанции. Таким образом, получим всю питающую сеть цеха, выполненную в масштабе. В приложенииIIIприведен пример такого цехового плана, в котором отсутствует часть питающей сети от трансформаторной подстанции до силовых пунктов СП1 и СП2.

2. Выбор сечения проводов или жил кабелей для отдельного электроприёмника.

Согласно заданию на контрольную работу для одного распределительного шкафа, питающего наибольшее число электродвигателей, необходимо определить сечение проводов, отходящих к каждому электродвигателю, выбрать по справочнику провода или кабели с учетом способа прокладки. Все расчетные значения рекомендуется сводить в общую таблицу по примеру таблицы задания (приложение 1), которую следует расширить.

Сечения проводов и жил кабелей для напряжения до 1000 В определяются из учёта следующих факторов:

а) По условию нагрева длительным расчетным током I_дл

I_доп ≥I_дл, (1)

где I_доп– длительно допустимая токовая нагрузка для проводов с резиновой или поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми или медными жилами, для кабелей с алюминиевыми или медными жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках (приведена в приложенииIV).

Длительный расчетный ток (номинальный) можно рассчитать по формуле

. (2)

После определения токов для каждого двигателя можно по условию (1) выбрать сечение и марку провода или кабеля.

Выбранное сечение по данному условию необходимо проверить:

б) По потере напряжения.

U= U₁-U₂ , (3)

где U₁ иU₂– напряжения в начале и в конце линии.

Согласно Правилам Устройств Электроустановок (ПУЭ) для силовых цепей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более –5% +10 %.

Потеря напряжения для трехфазной цепи определяется по формуле

, (4)

где I – ток двигателя;

L– длина провода в метрах (или в км.) от распределительного шкафа до электродвигателя, определяемая по плану цеха;

r₀иx₀– удельные активное и реактивное сопротивления, которые для всех сечений кабельных линий напряжением до 1000 В можно принять равнымиr₀=0,514 Ом/км иx₀ = 0,35 Ом/км, для проводов эти значения можно определить по известному сечению провода из таблицы (приложение 5);

cosφ₂иsinφ₂– определяются из паспортных данных двигателя (приложение 1);

U_н– номинальное напряжениеU_н=380 В.

Если вычисленное значение потери напряжения превысит допустимое, то следует выбрать большее сечение провода или жилы кабеля.

Далее следует выбрать аппаратуру защиты от токов короткого замыкания. Для этой цели можно выбрать предохранители с плавкими вставками или автоматические выключатели. При выборе распределительных шкафов следует обратить внимание, что эти шкафы комплектуются соответствующей аппаратурой защиты, которые и могут быть использованы для рассчитываемых сетей.

в) По условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты длительно допустимый ток выбранных сечений проводов должен соответствовать неравенствам

или, (5)

где I_пл.вст– ток плавкой вставки;

I_доп– длительно допустимая токовая нагрузка для проводов;

I_уст– ток уставки автоматического выключателя.

Ток плавкой вставки определяется по формуле

, (6)

где - кратность пускового тока двигателя приводится в паспортных данных двигателя в приложенииI;

α– коэффициент, определяющий степень тяжести пуска, принимающий значения 2,5; или 2,01,6 – для тяжёлого пуска.

I_уст–ток уставки автоматического выключателя (ток мгновенного срабатывания).

Таким образом, чтобы правильно выбрать сечение провода или жилы кабеля необходимо для каждого двигателя, питаемого от распределительного шкафа с наибольшим количеством присоединённых двигателей, определить I_дл, по нему найтиI_доп, поI_доп найти сечение провода, которое проверить по падению напряжения; вычислитьI_пл.всти проверить по фактору (в). Если выбранное сечение не удовлетворяет допустимой потере напряжения или условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты, следует выбирать следующую величину стандартного сечения провода.

3. Выбор сечения жилы кабеля для питания распределительного шкафа

Особенностью выбора сечения жилы кабеля, питающего распределительный шкаф, является необходимость учёта группового характера электрической нагрузки. Так как к распределительному шкафу присоединены несколько электродвигателей, которые могут включаться в разные моменты времени (согласно требованиям технологического процесса) и работать с различной степенью загрузки, то расчёт тока нагрузки производится, исходя из значения некоторой расчётной мощности, а не суммарной установленной мощности электродвигателей. Расчётная мощность всегда меньше суммарной установленной мощности и определяется для проверочных расчётов методом коэффициента спроса.

Расчётная нагрузка для группы однородных по режиму работы приёмников определяется из следующих выражений:

P_р=K_cΣP_ном; (7)

Q_р=P_рtgφ _ср.вз (8)

, (9)

где P_р– активная расчётная мощность распределительного шкафа,кВт;

K_c– групповой коэффициент спроса, зависит от типа механического оборудования и отрасли промышленности, для механических станковK_c=0,2 – 0,4;

Q_р– реактивная расчётная мощность распределительного шкафа,кВАр;

, (10)

- средневзвешенный tg для группы двигателей;

S_р– полная расчётная мощность распределительного шкафа,кВА.

Ток в линии, питающей распределительный шкаф, определяется из выражения:

, (11)

По величине расчётного тока из приложения 4 выбираем сечение жилы кабеля и по плану цеха длину кабеля.

Проверяем выбранное сечение жилы кабеля по потере напряжения, аналогично проверке сечения провода.

Ток плавкой вставки предохранителя или ток уставки автоматического выключателя для защиты от короткого замыкания линии, питающей групповой электроприёмник, выбирается по пиковому току:

I_п=I_{п макс}+ (I_р–k_исп• I_н.м), (12)

где I_{п макс}– пусковой ток наибольшего по мощности двигателя, присоединённого к распределительному шкафу;

I_р– расчётный ток линии;

k_исп=0,2 – коэффициент использования;

I_н.м– номинальный ток наибольшего по мощности двигателя, присоединённого к распределительному шкафу.

Приложение I

Задание

на контрольную работу студентов заочного отделения

по курсу «Электрооборудование и электроснабжение»

На рисунке дан план цеха, на котором указано размещение технологического оборудования. Для привода технологического оборудования используются асинхронные двигатели, которые на плане цеха изображены кружками и имеют соответствующий номер. Номинальное напряжение сети 380 В. Параметры двигателей указаны в таблице 1.

Требуется:

1. для соответствующего варианта задания начертить в масштабе план цеха и показать на нем только то оборудование, которое предусмотрено данным вариантом;

2. произвести размещение распределительных пунктов и присоединить не более 8 электродвигателей к каждому;

3. показать питание распределительных пунктов от подстанции;

4. для распределительного пункта, питающего наибольшее число электродвигателей, определить:

а) сечение проводов или кабелей, отходящих к каждому электродвигателю (сечение проводов и кабелей выбрать по допустимой нагрузке, току плавкой вставки или току уставки автоматического выключателя и допускаемой потере напряжения; длины проводов или кабелей, необходимые для определения потерь напряжения, находятся по плану цеха, используя масштаб);

б) марки проводов или кабелей и способ их прокладки (в полу, газовой трубе, по стенам, в канале и т.д.);

в) номинальные токи плавких вставок предохранителей или токов уставки автоматических выключателей на распределительном пункте;

г) сечения проводов или кабеля, питающего данный распределительный пункт (от подстанции), и номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток уставки автоматического выключателя , установленных на подстанции;

5) Для двигателя, имеющего наибольшую мощность в задании варианта составить схему реверсивного пуска с включением всех видов защит, предусмотренных электроприводом для асинхронных двигателей, работающих в цеховых условиях для привода технологического оборудования. По расчетным данным двигателя подобрать пусковую и защитную аппаратуру с соответствующей степенью защиты IP.

Таблица 1

Номер двигателя по плану	Тип	Рн кВт	н %	cosн	Iп/Iн	= Iр/Iн
1; 3; 5; 7; 9; 11; 13; 15 2; 4; 6; 8; 10; 12; 14 17; 19; 21; 23; 25; 27; 16; 18; 20 22; 24; 26; 29; 31; 33 35; 37; 39; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 41; 43; 45 47; 49; 51; 40; 42; 44 46; 48; 50; 53; 55; 57; 59 61; 63; 52; 54; 56 58; 60; 62 65; 67; 69; 64 66; 68; 70	А0242-4 А0252-2 А0232-6 А0242-6 А0271-4 А231-2 А0252-2 А0251-4 А0221-2 А0271-6 А0221-6 А0231-6	5,5 10 2,2 4 22 3 13 7,5 1,1 17 0,8 1,5	88,4 89,9 80,6 85,5 91,0 84,6 89,4 88,8 80,1 90,2 74,1 79,6	0,86 0,8 0,82 0,82 0,89 0,91 0,91 0,90 0,80 0,89 0,78 0.83	6,8 6,9 4,5 4,9 5,7 6,4 6,7 6,9 4,6 6,1 4,0 4,4	0,9 0,9 1 0,9 0,9 1 0,85 0,9 1 0.9 1 1

Варианты задания

Вариант

Номера электродвигателей, которые должны быть показаны на плане.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

1; 6; 8; 16; 17; 18; 25; 26; 27; 38; 39; 41; 43; 44; 64; 65; 70 2; 5; 9; 13; 14; 15; 28; 29; 30; 36; 37; 40; 43; 44; 63; 64; 69 3; 7; 10; 19; 20; 21; 29; 30; 1; 36; 38; 40; 41; 454; 62; 67; 68 1; 4; 9; 22; 23; 24; 32; 33; 34; 40; 41; 43; 45; 46; 62; 63; 64 1; 3; 10; 13; 16; 22; 33; 34; 35; 38; 39; 41; 42; 46; 65; 66; 67 5; 7; 11; 14; 17; 23; 25; 28; 32; 47; 49; 50; 51; 52; 68; 69; 70; 5; 6; 7; 17; 0; 23; 26; 29; 33; 48; 50; 51; 52; 62; 63; 64; 65 19; 20; 21; 22; 23; 24; 27; 34; 35; 53; 54; 55; 56; 66; 67; 68; 70 13; 14; 15; 19; 20; 21; 26; 29; 32; 55; 56; 57; 58; 62; 63; 64; 65 16; 18; 19; 21; 22; 24; 36; 40; 43; 59; 60; 61; 62; 63; 64; 66; 67 1; 2; 4; 6; 11; 12; 16; 20; 24; 25; 26; 27; 33; 35; 41; 45; 48 3; 5; 9; 22; 23; 24; 29; 31; 35; 36; 41; 49; 55; 59; 66; 68; 70 1; 2; 8; 9; 11; 12; 24; 28; 30; 31; 37; 39; 47; 49; 54; 58; 64 3; 4; 16; 20; 24; 28; 31; 33; 35; 45; 48; 49; 55; 59; 63; 65; 68 2; 10; 16; 17; 18; 25; 27; 34; 35; 52; 53; 54; 61; 64; 66; 69; 70 2; 6; 8; 16; 17; 18; 26; 27; 28; 38; 39; 41; 43; 45; 64; 65;68 1;6; 9; 13; 14; 15; 28; 29; 36; 37; 42; 43; 44; 63; 64; 69 4; 7; 10; 19; 20; 24; 29; 30; 31; 36; 38; 50; 51; 54; 62; 67; 68 3; 4; 9; 22; 23; 24; 32; 33; 34; 40; 41; 43; 45; 46; 62; 63; 64 2; 3; 10; 13; 17; 22; 33; 34; 36; 38; 39; 41; 42; 45; 65; 66; 68 4; 7; 11; 15; 17; 23; 25; 28; 33; 47; 48; 50; 51; 55; 62; 69; 70; 4; 6; 7; 17; 20; 23; 26; 29; 34; 48; 50; 51; 56; 62; 63; 64; 68 11; 12; 21; 22; 23; 24; 28; 34; 35; 53; 54; 55; 56; 66; 67; 68; 70 13; 15; 16; 19; 20; 21; 26; 29; 33; 50; 51; 56; 58; 62; 63; 64; 65 17; 18; 19; 21; 22; 24; 36; 40; 43; 59; 60; 61; 62; 63; 64; 66; 67

Приложение III

Приложение IV

Таблица4. Токовые нагрузки на кабели с медными и алюминиевыми жилами, с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированные и небронированные, А

Площадь сечения жилы, мм2	Кабели с медными жилами			Кабели с алюминиевыми жилами
	Одножильные в воздухе	Двухжильные в воздухе/земле	Трехжильные в воздухе/земле	Одножильные в воздухе	Двухжильные в воздухе/земле	Трехжильные в воздухе/земле
1,5	23	19/33	19/27	-	-	-
2,5	30	27/44	25/38	23	21/34	19/29
4	41	38/55	35/49	31	29/42	27/38
6	50	50/70	42/60	38	38/55	32/46
10	80	70/105	55/90	60	55/80	42/70
16	100	90/135	75/115	75	70/105	60/90
25	140	115/175	95/150	105	90/135	75/115
35	170	140/210	120/180	130	105/160	90/140
50	215	175/265	145/225	165	135/205	110/175
70	270	215/320	180/275	210	165/245	140/210
95	325	260/385	220/330	250	200/295	170/255
120	385	300/445	260/385	295	230/340	200/295
150	440	350/505	305/435	340	270/300	235/335
185	510	405/570	350/500	390	310/440	270/385
240	605	-	-	465	-	-

Таблица5. Допустимые длительные токовые нагрузки на провода и шнуры с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией, А

Площадь сечения жилы, мм2	Провода, расположенные открыто	Провода, проложенные в одной трубе
		Два одножильных	Три одножильных	Четыре одножильных	Один двухжильный	Один трехжильный
С медными жилами
0,5	11	-	-	-	-	-
0,75	15	-	-	-	-	-
1,0	17	16	15	14	15	14
1,5	23	19	17	16	18	15
2,5	30	27	25	25	25	21
4	41	38	35	30	32	27
6	50	46	42	40	40	34
10	80	70	60	50	55	50
16	100	85	80	75	80	70
25	140	115	100	90	100	85
35	170	135	125	115	125	100
50	215	185	170	150	160	135
70	270	225	2)0	185	195	175
95	330	275	255	225	245	215
120	385	315	290	260	295	250
150	440	360	330	-	-	-
185	510	-	-	-	-	-
240	605	-	-	-	-	-
Площадь сечения жилы, мм2	Провода, расположенные открыто	Провода, проложенные в одной трубе
		Два одножильных	Три одножильных	Четыре одножильных	Один двухжильный	Один трехжильный
С алюминиевыми жилами
2,5	24	20	19	19	19	16
4	32	28	28	23	25	21
6	39	36	32	30	31	26
10	60	50	47	39	42	38
16	75	60	60	55	60	55
25	105	85	80	70	75	65
35	130	100	95	85	95	75
50	165	140	130	120	125	105
70	210	175	165	140	150	135
95	255	215	200	175	190	165
120	295	245	220	200	230	190
150	340	276	255	-	-	-
185	390	-	-	-	-	-
240	465	-	-	-	-	-
300	535	-	-	-	-	-
400	645	-	-	-	-

ПриложениеV

Рекомендуемая литература

1. Коростелевский Л.В., Штремель Г.Х., Лашков В.Д. Основы проектирования электромеханического оборудования зданий и коммунальных предприятий. Высшая школа,1981.

2. Тополянский А.Б. Электроснабжение и электроустановки в строительстве, М. Стройиздат, 1990.

3. Глушков Г.Н. Электроснабжение строительно-монтажных работ, М.,Стройиздат, 1982.

4. Алиев И.И. Электротехнический справочник, М.,Изд-во РадиоСофт,2000.

5. Правило устройства электроустановок, М., Энергоатомиздат, 2000.

6. Иванченко Г.Е. Электрооборудование в строительстве, М., Высшая школа,1986.

7. Чукаев Д.С., Федуркина М.Д., Электрооборудование строительных площадок, М., Стройиздат, 1981.

Таблица 1: Сопротивление и реактивное сопротивление на

единицу длины медных кабелей

Одножильный кабель Двух/трехжильный кабель

S r[Ом/км] x[Ом/км] r[Ом/км] x[Ом/км]

[мм2] при 80 [°C] при 80 [°C]

1,5 14,8 0,168 15,1 0,118

2,5 8,91 0,156 9,08 0,109

4 5,57 0,143 5,68 0,101

6 3,71 0,135 3,78 0,0955

10 2,24 0,119 2,27 0,0861

16 1,41 0,112 1,43 0,0817

25 0,889 0,106 0,907 0,0813

35 0,641 0,101 0,654 0,0783

50 0,473 0,101 0,483 0,0779

70 0,328 0,0965 0,334 0,0751

95 0,236 0,0975 0,241 0,0762

120 0,188 0,0939 0,191 0,074

150 0,153 0,0928 0,157 0,0745

185 0,123 0,0908 0,125 0,0742

240 0,0943 0,0902 0,0966 0,0752

300 0,0761 0,0895 0,078 0,075

Таблица 2: Сопротивление и реактивное сопротивление на

единицу длины алюминиевых кабелей

Одножильный кабель Двух/трехжильный кабель

S r[Ом/км] x[Ом/км] r[Ом/км] x[Ом/км]

[мм2] при 80 [°C] при 80 [°C]

1,5 24,384 0,168 24,878 0,118

2,5 14,680 0,156 14,960 0,109

4 9,177 0,143 9,358 0,101

6 6,112 0,135 6,228 0,0955

10 3,691 0,119 3,740 0,0861

16 2,323 0,112 2,356 0,0817

25 1,465 0,106 1,494 0,0813

35 1,056 0,101 1,077 0,0783

50 0,779 0,101 0,796 0,0779

70 0,540 0,0965 0,550 0,0751

95 0,389 0,0975 0,397 0,0762

120 0,310 0,0939 0,315 0,074

150 0,252 0,0928 0,259 0,0745

185 0,203 0,0908 0,206 0,0742

240 0,155 0,0902 0,159 0,0752

300 0,125 0,0895 0,129 0,075