Расчет компенсации реактивной мощности и выбор цеховой ТП

Электрооборудование инструментального цеха относится к 3 категории надежности. Его рекомендуется обеспечивать от одного источника питания. [2,с.28]

Мощность трансформатора в однотрансформаторной ТП выбирается по условию:

, кВА, (10)

где S_нт – номинальная мощность трансформатора, кВА; S_р – расчетная нагрузка цеха, кВА.

S_р – расчетная мощность трансформатора, кВА, вычисляется по формуле:

(11)

где Р_р – активная расчетная мощность, кВт;

N_т – количество трансформаторов,;

βт - коэффициент загрузки трансформаторов βт= 0,9 [2, с.59];

По таблице выбирают один силовой трансформатора S_ТН=160 кВА, [8, с. 272, таблица П4], который питает инструментальный цех.

Таблица 3 – Технические данные силового трансформатора

Тип трансформатора	Uвн, кВ	Uнн, кВ	∆Рхх, кВт	∆Ркз, кВт	Uк, %	Iхх, А
ТМ-160/10/04		0,4	0,51	2,65	4,5	2,4

Суммарную реактивную мощность батареи низковольтных конденсаторов (БНК), Q_нк, квар, вычисляют по формуле

Q_нк = Q_p – Q_т, (12)

где Q_p – расчетная реактивная нагрузка с учетом добавленной мощности, квар;

Q_т – наибольшее значение реактивной мощности, которое может передать трансформатор в сеть до 1 кВ, квар

Наибольшее значение реактивной мощности, которое может передать трансформатор в сеть до 1 кВ, вычисляют по формуле

(13)

где Р_р – активная расчетная мощность с учетом добавленной мощности, кВт;

N_т – количество трансформаторов;

S_т – номинальная мощность трансформатора, кВА.

По формуле (13) вычисляют, Q_т, квар:

По формуле (12) вычисляют Q_нк, квар

Q_нк = 93,252-102,74 < 0.

Так как Q_нк<0 то батарею низковольтных конденсаторов не выбирают.

Расчет внутрицеховой сети

Сечение шин выбирают по допустимому нагреву длительно протекающим максимальным током нагрузки по условию:

, (15)

где I_н – номинальный ток шинопровода, А.

Распределительные пункты выбирают по степени защиты, по номинальному току ввода, по количеству отходящих линий, типу защитного аппарата (с предохранителями или с автоматическими выключателями) и номинальному току аппаратов для присоединений.

По условию (15) выбирают пункт распределительный марки ПР85-3-023-21-УЗ, с номинальным током Iн, равным 160 А из [5, с. 282, таблица П16 ]. Выбор остальных распределительных пунктов аналогичен, номинальные данные приведены в таблице 5

57,35≤160

Таблица 4- Технические данные распределительных шкафов

Марка распределительного пункта	Iр,А	Номинальный ток вводного автомата Iн,А	Количество 3-полюсных групп на отходящих линиях и их номинальные токи, А
СП 1 ПР85-3-007-21-У3	57,35		4×160
СП 2 ПР85-3-007-21-У3	23,5		4×160
СП 3 ПР85-3-011-21-У3	59,4		6×160
СП 4 ПР85-3-003-21-У3	10,07		1×160
СП 5 ПР85-3-011-21-У3	47,67		6×160
СП 6 ПР85-3-007-21-У3	3,6		4×160
СП 7 ПР85-3-007-21-У3	35,02		4×160
СП 8 ПР85-3-007-21-У3	24,32		4×160
ВРУ ПР85-3-083-21-У3	248,39		8×400

В качестве ВРУ по [1, с.113, таблица П20] выбирают распределительный пункт ПР85-3-083-21 УЗ с вводным автоматическим выключателем ВА51-37 с Iном=400 А ,количество трехполюсных соединений 8.

Для выбора сечения проводника по условиям нагрева токами нагрузки сравниваются расчетный максимальный Iр, А и допустимый Iдоп, А токи для проводника принятой марки и условий его прокладки. При этом должно соблюдаться условие

(16)

где Iр- расчетный ток, А [таблица 2];

Iдоп- допустимый ток по нагреву, А [5, .512, таблица П2.2]

Расчетный ток электроприемника Ip, А определяют по формуле:

(17)

где Р_н - номинальная мощность электроприемника, кВт;

U_H - номинальное напряжение сети, кВ;

, - соответственно номинальное значение коэффициента активной мощности и коэффициента полезного действия.

Пусковой ток электродвигателя I_пуск, А определяют по формуле:

(18)

где - кратность пускового тока.

При подключении к сети группы из 2 - 5 двигателей определяют пиковый ток ,А по формуле:

(19)

где - наибольший пусковой ток двигателя, входящего в группу,

- суммарный номинальный ток группы без учета номинального тока наибольшего по мощности двигателя, А.

При подключении к сети группы более пяти электроприемников пиковый ток I_nuк , A определяют по формуле:

(20)

где - расчетный ток группы, А;

- номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током, А;

- коэффициент использования активной мощности электроприемника, приводимого двигателем с наибольшим пусковым током.

Таблица 5 – Выбор электродвигателей

Наименование электроприемника	Рн, кВт	Двигатель	Рнд, кВт	η ном	cosφ	λпуск	Iрасч,А	Iпуск,А
Вертикально-сверлильные станки	4,15	AИP100L2	5,5	0.88	0,89	7,5	10,7	80,25
Поперечно-строгальный станок	5,5	АИР100L2	5,5	0.88	0,89	7,5	10,7	80,25
Пресс		АИР160S2		0.9	0,89		28,5	199,5
Станок для наводки катушек		АИР90L2		0.845	0,88		6,173	43,211
Токарно-винторезные станки	11,25	АИР160S2		0.9	0,89		28,5	199,5
Шкаф сушильный		АИР180М2		0,915	0,9	7,5	55,45	388,15
Ванна для пропитки	2,2	АИР80B2	2,2	0.83	0,87		4,634	32,438
Комбинированные прессножницы	2,2	АИР80B2	2,2	0.83	0,87		4,634	32,438
Машина листогибочная	5,5	АИР100L2	5,5	0.88	0,89	7,5	10,7	80,25
Заточной станок	1,5	АИР80A2	1.5	0.81	0.85		3.32	23.24

Продолжение таблицы 5

Мостовой Кран	19,9	AИP180S2		0,905	0,89		41.6	291.2
Вытяжной шкаф	2,2	АИР80B2	2,2	0.83	0.87		4,634	32,438
Станок для изоляции проводов	1,5	АИР90L6	1,5	0.81	0.74		3.32	23.24
Станок для стыковой сварки		АИР90L2		0.845	0.88		6,173	43,211
Вентиляторы	5,5	АИР100L2	5.5	0.88	0.89	7.5	10,7	80,25
Сварочный преобразователь					0,8		34.3	68.6

Расчет показывают на примере вертикально-сверлильного станка.

На станке устанавливают двигатель АИР100L2 с Р_н=5,5 кВт.

По формуле (17)

По формуле (18)

По [5, с.251, таблица П2.2] по условию (16) выбирают для питания электроприемника кабель ВВГ 1(5х1,5) с Iдоп = 19 А в штробе пола.

10,7 ≤19

Так как условие выполняется, то сечение выбранного проводника проходит по нагреву расчетным током.

Расчеты для других станков аналогичны, результаты расчетов приведены в таблице 7.

Таблица 6 – Выбор проводников

Наименование электроприемника	Iрасч,A	Марка и сечение кабеля	Способ прокладки	Iдоп, А	Условие выбора Iном < Iдоп
вертикально-сверлильные станки	10,7	ВВГ1(5х1,5)	под полом		10,7<19
Токарно-винторезные станки	28,5	ВВГ1(5х4)	в штробе пола		28,5<35
Поперечно-строгальный станок	10,7	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		10,7<19
Станок для наводки катушек	6,173	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		6,173<19
Шкаф сушильный	55,45	ВВГ1(5х16)	в штробе пола		55,45<75
Комбинированные прессножницы	4,63	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		4,63<19
Ванна для пропитки	4,634	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		4,634<19
Машина листогибочная	10,7	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		10,7<19
Заточный станок	3,32	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		3,32<19
Мостовой кран	41,6	ВВГ1(5х10)	в штробе пола		41,6<55
Пресс	28,5	ВВГ1(5х4)	в штробе пола		28,5<35
Станок для изоляции проводов	3,32	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		3,32<19
Вытяжной шкаф	4,634	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		4,634<19
Станок для стыковой сварки	6,173	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		6,173<19
Вентиляторы	10,7	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		10,7<19
Сварочный преобразователь	34,3	ВВГ1(5х6)	в штробе пола		34,3<42
Кабель к СП 1	57,35	ВВГ1(5х16)	в штробе пола		57,35<75
Кабель к СП 2	23,5	ВВГ1(5х4)	в штробе пола		23,5<35
Кабель к СП 3	59,4	ВВГ1(5х16)	в штробе пола		59,4<75
Кабель к СП 4	10,07	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		10,07<19
Кабель к СП 5	47,67	ВВГ1(5х10)	в штробе пола		47,67<55
Кабель к СП 6	3,6	ВВГ1(5х1,5)	в штробе пола		3,6<19
Кабель к СП 7	35,03	ВВГ1(5х6)	в штробе пола		35,03<42
Кабель к СП 8	24,2	ВВГ1(5х4)	в штробе пола		24,2<35
Кабель к ВРУ	248,39	ВВГ1(5х95)	в земле		248,39<330

Выбор защитной аппаратуры

В качестве аппаратов защиты к станкам от токов КЗ и тепловых перег-рузок выбирают автоматические выключатели марки ВА по двум условиям

(21)

(22)

Кратность тока срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя или комбинированного Кт.о., [5,с.524.таблица П14] проверяют по условию

(23)

Выбранные по нагреву сечения проводников должны соответствовать аппаратам защиты по условию

, (24)

где Iдоп – допустимый ток проводника, А,[таблица 7];

Кз – коэффициент защиты, [5,с.188.таблица 8];

Iз – ток защиты аппарата, А,[5,с.524.таблица П14]

Произведем расчет аппарата защиты для вертикально-сверлильного станка мощностью Pн=4,15 кВт.

По условию (21) и (22)

10,7 < 25

10,7 < 12,5

По [5,с.522, таблица П12] выбирают автоматический выключатель марки ВА 51-25 с Iн = 25А, Iрасц.= 12,5А.

По формуле (23)

По условию (24)

1 х 12,5 < 19

12,5 < 19

Проводник соответствует аппарату защиты.

Расчет для других станков, СП1-СП8 аналогичен, результаты расчета приведены в таблице 8.

Таблица 7 – Выбор аппаратов защиты

Наименование электроприемника	Iрасц,A	Аппарат защиты	Параметры аппарата защиты	IДОП, А	Проводник	Условие выбора Кз x Iз ≤ Iд
Iном, А	Iрасц, А
Вертикально-сверлильные станки	10,7	ВА51-25		12,5		ВВГ1(5х1,5)	1х12,5≤19
Токарно-винторезный станок	28,5	ВА51-31		31,5		ВВГ1(5х4)	1х31,5≤35
Станок для наводки катушек	6,173	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Шкаф сушильный	55,45	ВА51-31				ВВГ1(5х16)	1х 63≤75
Ванна для пропитки	4,634	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Комбинированные прессножницы	4,63	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Машина листогибочная	10,7	ВА51-25		12,5		ВВГ1(5х1,5)	1х12,5≤19
Мостовой кран	41,6	ВА51-31				ВВГ1(5х10)	1х50≤55
Поперечно-строгальный станок	10,7	ВА51-25		12,5		ВВГ1(5х1,5)	1х12,5≤19
Заточной станок	3,32	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Пресс	28,5	ВА51-31		31,5		ВВГ1(5х4)	1х31,5≤35
Станок для изоляции проводов	3,32	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Вытяжной шкаф	4,634	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19

Продолжение таблицы-7

Станок для стыковой сварки	6,173	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Вентиляторы	10,7	ВА51-25		12,5		ВВГ1(5х1,5)	1х12,5≤19
Сварочный преобразователь	34,3	ВА51-31				ВВГ1(5х6)	1х40≤42
Кабель к СП 1	57,35	ВА51-31				ВВГ1(5х16)	1х63≤75
Кабель к СП 2	23,5	ВА51-25				ВВГ1(5х4)	1х25≤35
Кабель к СП 3	59,4	ВА51-31				ВВГ1(5х16)	1х63≤75
Кабель к СП 4	10,07	ВА51-25		12,5		ВВГ1(5х1,5)	1х12,5≤19
Кабель к СП 5	47,67	ВА51-31				ВВГ1(5х10)	1х50≤55
Кабель к СП 6	3,6	ВА51-25		6,3		ВВГ1(5х1,5)	1х6,3≤19
Кабель к СП 7	35,03	ВА51-31				ВВГ1(5х6)	1х40≤42
Кабель к СП 8	24,2	ВА51-25				ВВГ1(5х4)	1х25≤35
Кабель к ВРУ	248,39	ВА51-37				ВВГ1(5х95)	320≤330

3 Спецвопрос: схема управления станка Универсал-3

Начнем рассматривать описание схемы с силовой части. На автомат приходит три разноименные фазы. Желтая «А», зеленная «В» и красная «С». Далее они идут на силовые контакты двух пускателей с обозначением КМ1 и КМ2. С другой стороны делаются 3 перемычки между центральными зелеными фазами, и между желтой на первом и красной на втором, а также между красным на первом и на втором желтым.

Далее фазы идут на электродвигатель через тепловое реле, которое контролирует ток только в 2-х фазах. В контроле третей нет необходимости, потому что все три фазы тесно взаимосвязаны между собой. Проще говоря, рост тока в одной вызывает тоже самое в другой. Если ток потребляемый двигателем вырастет за безопасные пределы происходит размыкание цепи питания обоих катушек сразу.

Схема управления выполняет функцию включения-отключения силовых контактов КМ1 и КМ2. Она состоит из кнопок, блок контактов и катушки, которая при подаче на нее напряжения втягивает якорь, замыкающий контакты. При ее отключении размыкаются КМ1 или КМ2 под действием возвратной пружины.

Описываемая схема с катушкой на 380 Вольт, которая запитывается от 2 разных фаз. Если на катушке указано рабочее напряжение 220 Вольт, тогда для подключения используйте любую одну фазу и ноль.

В нашем случае одна зеленая фаза через контакт теплового реле идет напрямую на первые контакты обоих катушек.

Другая фаза на вторые контакты идет через общую кнопку «Стоп». И далее делаются перемычки на постоянно разомкнутые контакты кнопок «Вперед» и «Назад». От туда же на соответствующие пускатели подключаются провода на разомкнутые контакты в выключенном состоянии- КМ 1.3 и КМ 2.3. А со второй стороны этих блок контактов проводами соответственно подключаются ко вторым контактам пусковых кнопок.

Но для того что бы была электрическая блокировка, необходимо провод от пусковых кнопок к катушке не сразу подключать, а через постоянно замкнутые контакты другого пускателя.

При нажатии кнопки «Вперед» срабатывает катушка и включаются силовые контакты. Одновременно с этим происходит шунтирование пусковой кнопки постоянно разомкнутыми контактами пускателя КМ 1.3, благодаря чему при отпускании кнопки питание на катушку поступает по шунтированию.

После включения первого пускателя размыкаются контакты КМ 1.2, что обрубает катушку К2. В результате при нажатии на кнопку «Назад» ничего не происходит.

Для того что бы включить двигатель в обратную сторону надо нажать «Стоп» и обесточить К1. Все блок контакты вернуться в обратное положение, после этого можно включить мотор в обратном направлении. Аналогично при этом включается К2 и отключается блок контактами возможность включения катушки другого пускателя К1.

К2 включает силовые контакты КМ2, а К1- КМ1.

К кнопкам для подключения от пускателя необходимо проложить пяти жильный кабель.