2. Разработка системы электроснабжения станции перекачки сточных вод

2.1. Разработка системы внутреннего электроснабжения станции перекачки сточных вод

На основании плана размещения электрооборудования станции перекачки сточных вод (Рис. 3.) производим чертеж плана электроснабжения силового оборудования на объекте (Рис.4).

Рис.4. План электроснабжения силового оборудования станции перекачки сточных вод

Для создания нормированного уровня освещенности в помещениях станции перекачки сточных вод производим расчет количества и мощность осветительного оборудования методом удельной мощности. [10]

По полученным расчетам составляем таблицу 4.

Таблица 4

Расчет осветительного оборудования

Помещение			Удельная мощность осветительной нагрузки Вт/м		Средняя мощность светоточки кВт	Расчетные параметры
№ на плане	Наименование	Площадь помещения ,м2				Мощность установки кВт	Максимальная мощность установки кВт	Кол-во светильников,шт
			Руст	Руст макс
А	1	2	3	4	5	6	7	8
1	Комната персонала	10	18	10	0,080	0,18	0,1	3
2	Коридор	6	12	6	0,080	0,07	0,04	1
3	Производственное помещение	16	12	6	0,080	0,19	0,1	3
4	Машинный зал	16	12	6	0,095	0,19	0,1	2

Вывод: в данной таблице систематизированы данные по количеству осветительных приборов на станции перекачки сточных вод.

В соответствии таблицы с расчетом осветительного оборудования производим чертеж плана электроснабжения осветительного оборудования станции перекачки сточных вод (Рис.5).

Рис.5 План электроснабжения осветительного оборудования

Щит освещения

Линия №1(Производственное помещение, коридор – 4 люминесцентных светильника 0,08кВт) – 0,32 кВт.

Линия №2 (Комната персонала – 3 люминесцентных светильника 0,08 кВт) – 0,24 кВт

Линия №3(Машинный зал – 2 светильника с лампой накаливанию 0,09кВт) – 0,18 кВт.

На основании плана силового (Рис.4) и осветительного электроснабжения (Рис.5) составляем принципиальную однолинейную схему электроснабжения внутренних электрических сетей (Рис.7).

Рис.7 Принципиальная однолинейная схема электроснабжения внутренних электрических сетей

Учитывая принципиальную однолинейную схему электроснабжения внутренних электрических сетей (Рис.6) и таблицу 1 «Характеристика потребителей электроэнергий» производим расчет и выбор аппаратуры защиты и кабельной продукции для силового электрооборудования.

Производим выбор автоматического выключателя QF9 для защиты электродвигателя М1 электротали.

Расчет номинального тока электродвигателя М1 производим по формуле 1:

I_ном.М1=Р_М1 / (√3*U_ном*cosφ_М1 * η), где (1)

U _ном – номинальное напряжение;

Р _М1 – номинальная мощность электродвигателя М1;

сos φ_М1 – коэффициент мощности электродвигателя М1;

η_М1 – коэффициент полезного действия электродвигателя М1.

I_ном.М1 = 4кВт / (1,73 * 0,38кВ*0,7 * 0,83) = 10,47 А

Рассчитываем пусковые токи электродвигателя М1 по формуле 2:

I_п.М1=I_ном.М1 * К_I, где (2)

I_п.М1 – пусковая сила тока электродвигателя М1, А;

I_ном.М1 – номинальная сила тока электродвигателя М1, А;

Кi– кратность пускового тока электродвигателя.

I_пМ1= 10,47А* 6,0 = 62,84 А

Автоматические выключатели выбираются согласно 3 условиям.

Составляем условие 1 по формуле 3: номинальная сила тока автоматического выключателя QF больше номинальной силы тока электродвигателя М:

I_ном.QF9 > I_ном.М1, где (3)

I_ном.QF9 – номинальная сила тока автоматического выключателя QF9, А;

I_ном.М1 – номинальная сила тока электродвигателя М1, А.

Подставляем данные для расчета:

63А > 10,47 А

Составляем условие 2 по формуле 4: сила тока теплового расцепителя автоматического выключателя QF больше либо равна номинальной силе тока электродвигателя М:

I_т.р.QF9 ≥ K₃ * I_ном.М1, где (4)

I_т.р.QF10 – сила тока теплового расцепителя QF,А;

K₃ – коэффицент запаса;

Применяется K₃ = 1,1.

I_ном.М1 – номинальная сила тока М, А.

Подставляем данные для расчета:

13А ≥ 11,52 А

Составляем условие 3 по формуле 5: сила тока электромагнитного расцепителя автоматического выключателя QF больше пускового тока электродвигателя М1:

I_{эл.м.р.QF9} > K₃ * I_п.М1, где (5)

I_т.р.QF9 – сила тока теплового расцепителя QF, А. K₃ – коэффициент запаса; Принимается K₃ = 1,2.

I_п.М1 – пусковая сила тока электродвигателя М1, А.

Принимается (характеристика В в 3 раза больше, характеристика С в 5 раз, характеристика D в 10 раз больше) – для характеристики срабатывания расцепителя.

Подставляем данные для расчета:

130 А > 75,4 А

Проверка условий :

1. I_ном.QF9, > I_ном.М1,

63А> 10,47 А

2. I_т.р.QF10 ≥ K₃ * I_ном.М1,

13 А ≥ 11,52 А

3. I_{эл.м.р.QF10} ≥ K₃ * I_п.М1,

130 А> 75,4 А

Условия выбора автоматического выключателя выполнены в полном объеме, следовательно, выбираем автоматический выключатель по каталогу электротехнической продукции [16] марки ВА 47-29 3р 13А х-ка D. (выключатель автоматический серии 47-29 трехполюсной с номинальной силой тока теплового расцепителя 13 А характеристика электромагнитного расцепителя – D).

Кабельная продукция для линий электроснабжения силовых электроприемников выбираются с учетом соответствия аппаратуры защиты. Выбираем кабели для электроснабжения силовых потребителей марки ВВГ.

Ток допустимый кабеля должен быть больше или равен произведению коэффициента защиты на силу тока теплового расцепителя автоматического выключателя QF.

Составляем условие по формуле 6:

I_доп ≥ К_зш * I_т.р.QF9, где (6)

I_доп – допустимый ток кабеля, А;

I_т.р.QF9 – сила тока теплового расцепителя автоматического выключателя QF9, А;

К_зш – коэффициент защиты.

Принимают К_зш – 1,25 - для взыро- и пожароопасных помещений; К_зш -1 – для нормальных (неопасных) помещений (Таблица «Классификация помещений по пожароопасности и взрывоопасности»).

Для составления условия не обходимо перемножить коэффициент защиты на силу тока теплового расцепителя автоматического выключателя QF.

Согласно Рис.3. «Схема электроснабжения силового оборудования школьно котельной» и таблицы 3 «Состояние помещений по взрыво- и пожароопасности» определяем коэффициент защиты для составления условия выбора кабельной продукции. В данном случае для всех помещений он равен 1.

Подставляем данные для расчета:

19А ≥ 13А

Выбираем кабель марки ВВГ 4*1,5 (кабель в ПВХ изоляции в ПВХ оболочке с медными жилами голый, количество жил - 4).

Расчеты по остальным потребителям ведем аналогично. Систематизируем данные расчетов выбора кабельно-проводниковой продукции и аппаратов защиты для защиты силового электрооборудования в таблице 5. Для расчета длины кабельно-проводниковой продукции использовался рисунок 3 с заранее известными размерами помещений.

Таблица 5

Кабельная продукция и аппараты защиты для силового электрооборудования

Потребитель					Аппарат защиты					Кабель
№ по плану	Марка оборудования	Р, кВт	Iном, А	Iп, А	№ QF	Марка АВ	Iном, А	Iт.р., А	Iэ.м.р,А.	Марка кабеля	Iдоп, А	L,м
А	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
ЕК1	Ariston Thermo	2	9,1	9,1	QF7	ВА47-29 1р 13А х-ка В	63	13	39	ВВГ3*1,5	19	5
ЕК2	Ariston Thermo	2	9,1	9,1	QF8	ВА47-29 1р 13А х-ка В	63	13	39	ВВГ3*1,5	19	9
ЕК3	Ariston Thermo	2	9,1	9,1	QF10	ВА47-29 1р 13А х-ка В	63	13	39	ВВГ3*1,5	19	3
М1	АИР132S8	4	10,47	75,4	QF9	ВА47-29 3р 13А х-ка D	63	13	130	ВВГ4*1,5	19	4
М2	АИР180М8	15	31,26	171,96	QF11	ВА47-29 3р 40А х-ка С	63	40	200	ВВГ4*6	42	8
М3	АИР180М8	15	31,26	171,96	QF12	ВА47-29 3р 40А х-ка С	63	40	200	ВВГ4*6	42	6
М4	АИР132S8	4	10,47	75,4	QF13	ВА47-29 3р 13А х-ка D	63	13	130	ВВГ4*1,5	19	4

Дальнейшие расчетные действия ведем по выбору аппаратуры защиты и кабельной продукции для осветительного электрооборудования.

Для выбора аппаратуры защиты, автоматического выключателя SF1 (Рис.6), предназначенного для защиты линии освещения №1, необходимо знать максимальную силу тока линии.

Номинальную силу тока линий освещения №1 определяют по формуле 7:

I_ном.Л1 = Р_ном.Л1/U_ном, где (7)

I_ном.Л1 – номинальная сила тока линий освещения №1, А;

ΣР_ном.Л1 – суммарная мощность линий освещения №1, кВт;

U_ном – номинальное напряжение сети освещения, кВ.

Принимается U_ном = 0,22 кВ – для однофазного напряжения.

Подставляем данные для расчета:

I_ном.Л1 = 0,32 кВт / 0,22 кВ = 1,45 А

Автоматические выключатели выбираются согласно 2 условиям:

Составляем условие 1 по формуле 8: номинальная сила тока автоматического выключателя SF1 больше номинальной силы тока линии №1 освещения щита ЩО1:

I_ном.SF1> I_ном.Л1, где (8)

I_ном.SF1– номинальная сила тока автоматического выключателя SF1, А;

I_ном.Л1 – номинальная сила тока линии освещения №1 щита ЩО1, А.

Подставляем данные для расчета:

63А> 1,45А

Составляем условие 2 по формуле 9: сила тока теплового расцепителя автоматического выключателя SF больше либо равна номинальной силе тока линии:

I_т.р.SF1 ≥ K₃ * I_ном.Л1, где (9)

I_т.р.SF1 – сила тока теплового расцепителя SF1,А;

K₃ – коэффициент запаса;

Применяется K₃ = 1,1.

I_ном.Л1 – номинальная сила тока линии освещения №1 щита ЩО1, А.

Подставляем данные для расчета:

2А ≥ 1,6А

Электромагнитный расцепитель автоматических выключателей защиты линий освещения выбираем с характеристикой В, т.к. пусковые токи, присущие люминесцентных лампам низкого давления, незначительны, кратковременны и не влияют на правильность работы системы освещения.

Условия выбора автоматического выключателя произведенные выше соблюдены. Выбираем автоматический выключатель марки ВА 47-29 1р 2А х-ка В (выключатель автоматический серии 47-29 однополюсной с номинальной силой тока теплового расцепителя 2 А характеристика электромагнитного расцепителя – В).

Выбор кабельно-проводниковой продукции для линий освещения ведем аналогично, так же как и при выборе для питания силовых электроприемников, учитывая условия выбора.

Дальнейшие расчеты для остальных линий производим аналогично.

Систематизируем данные расчетов выбора кабельно-проводниковой продукций и аппаратов защиты для осветительного электрооборудования в таблице 6.

Таблица 6

Кабельная продукция и аппараты защиты для осветительного электрооборудования

Группа освещения			Аппарат защиты						Марка кабеля
№ линий	Р, кВт	Iном, А		№ SF	Марка SF	Iном, А	Iт.р, А	Iэл.м.р, А		Марка кабеля	Iдоп, А	L, м
А	1	2		3	4	5	6	7		8	9	10
1	0,32	1,45		SF1	ВА 47-29 1р 2А х-ка В	63	2	6		ВВГ3*1,5	19	12
2	0,24	1,09		SF2	ВА 47-29 1р 2А х-ка В	63	2	6		ВВГ3*1,5	19	10
3	0,18	0,82		SF3	ВА 47-29 1р 2А х-ка В	63	2	6		ВВГ3*1,5	19	10

Вывод: из таблиц 5 и 6 можно сделать вывод о том, что выбранная кабельная продукция может пропустить ток равный или больший номинальному току аппарата защиты. Для подключения электроприемников используется кабель марки ВВГ. Для защиты используются автоматические выключатели серии ВА 47-29 производства ИЭК.

Для выбора питающих силовых кабелей силовых щитов и щитов освещения, а так же выбора вводной аппаратуры защиты производим расчет общих нагрузок указанных щитов.

Для выбора общего автоматического выключателя щита освещения QF6 необходимо рассчитать номинальную силу тока щита освещения ЩО1.

Номинальная сила тока щита освещения рассчитывается по формуле 10:

(10)

I_ном.ЩО = ΣI_{ном.лин.осв}, где

I_ном.ЩО1 – номинальная сила тока щита освещения, А;

ΣI_{ном.лин.осв} – сумма номинальных токов линий освещения, присоединенных к одной фазе, с наибольшей нагрузкой, А.

В щите освещения ЩО1 наибольшая сила тока отслеживается на 1-й линии ( защищен SF1) и составляет 1,45 А, что больше, чем на о стальных линиях данного щита:

I_{ном ЩО} = ΣI_{ном.лин.осв.} = 1,45 А

Поэтому при выборе общего автоматического выключателя QF4 щита ЩО1 отталкиваемся от данного значения. Выбираем автоматический выключатель марки ВА 47-29 3р 3А х-ка В на ступень выше, соблюдая селективность работы автоматических выключателей щита освещения. Номинальный ток теплового расцепителя которого составляет 3А, что больше номинальной силы тока линии с максимальной нагрузкой (линия №1 ЩО1). Характеристика электромагнитного расцепителя –В, т.к. пусковые токи незначительны.

Для выбора общего аппарата защиты силового щита ЩС1, автоматического выключателя, необходимо рассчитать номинальную и максимальную силу тока силового щита. При расчете максимального тока выбирается электродвигатель с максимальным пусковым током, а к нему прибавляются номинальные токи остальных потребителей, подключенных к данному щиту. В данном случае (формула 11):

I_{ном ЩС1} = I_{ном М1} + I_{ном EK} (11)

I_{ном ЩС1} – номинальный ток силового щита ЩС1

I_{ном М1} – номинальный ток электродвигателя М1;

I_{ном EK} – номинальный ток электроводонагревателя ЕК1.

Принимаем во внимание факт, что электроводонагревателя ЕК1 и ЕК2 однофазные, следовательно, нагрузка от данного оборудования возникнет на 2-х из 3-х полюсах общего автоматического выключателя силового шита ЩС1. Поэтому суммируем номинальный ток только одного электроводонагревателя.

Подставляем данные для расчета:

I_{ном ЩС1} = 10,74 А + 9,1 А = 19,84 А

При полученном значении номинального тока подойдет автоматический выключатель марки ВА 47-29 3р 25 А характеристика D, но номинальный ток общего аппарата следует предварительно выбирать на ступень больше значения тока, равного или близкого к его номинальному рабочему току (ГОСТ Р 51778-2001 Щиты распределительные для производственных и общественных зданий), следовательно, для выполнения данного условия подойдет автоматический выключатель марки ВА 47-29 3р 32 А характеристика D. Аналогичны данные расчетные действия и для силового щита ЩС2.

Автоматические выключатели, расположенные ГРЩ QF1, QF2, QF3 выбираем на ступень выше по номинальному току, чем QF4, QF5, QF6 соответственно для соблюдения селективной работы аппаратов защиты.

В качестве вводного аппарата защиты использован автоматический выключатель марки ВА88-32 3р 125А 25кА.

Для подключения щитов ШО1, ЩС1 и ЩС2 используем кабеля марки ВВГ, а для подключения автоматических выключателей расположенных в ГРЩ выбираем провод марки ПВ соответствующего сечения.

Производим выбор марок распределительных щитов и главного распределительного щита. Выбор марок щитов производиться в зависимости от способа установки щита и количества модулей (один полюс автоматического выключателя равен одному модулю или общепринятому стандарту 18 мм). Количество и тип автоматических выключателей (однополюсный или трехполюсный) устанавливаемых в щит задает число модулей устанавливаемых в щит. Для данных распределительных щитов подойдут щиты от ИЭК марки ЩРн (щит распределительный навесной в металлическом корпусе). При выборе ГРЩ необходимо учесть место для установки прибора учета (счетчика электрической энергии) и выключателя-разъединителя ВР32И-31В31250 250А для коммутации питающей цепи и создания видимого разрыва при проведении техобслуживания или ремонта в главном распределительном щите. Данным требованиям (габаритным размерам) отвечает щит с монтажной панелью от ИЭК марки ЩМП-4-0 36 УХЛ3.

В качестве вводного устройства использован, ВР 324-31В31250. И тем самым заполняем таблицу 7 «Выбор аппаратуры защиты и кабельной продукции для питающей сети».

Таблица 7

Выбор щитов, аппаратуры защиты и кабельной продукции для питающей сети

Щиты	Аппарат защиты					Кабель, провод
	№ АВ	Марка АВ	Iном. А	Iт.р. A	Iэл.м.р. А	Марка кабеля	Iдоп. А	L, М
А	1	2	3	4	5	6	7	8
ГРЩ ЩМП-4-0 36 УХЛ3	Q	ВР32И-31В31250 250А	250	-	-	СИП-2А 3х16+1х25	100	10
	QF	ВА88-32 3р 125А 25кА	-	125	-	ПВ1*25	140	-
	QF1	ВА 47-29 3р 4А х-ка В	63	4	12	ПВ1*2,5	27	-
	QF2	ВА 47-29 3р 20А х-ка D	63	40	400	ПВ1*6	42	-
	QF3	ВА 47-100 3р 100А х-ка	100	100	1000	ПВ1*25	140	-
ЩО1 ЩРн-12з-1 36 УХЛ3	QF4	ВА 47-29 3р 3А х-ка В	63	3	9	ВВГ4*1,5	19	3
ЩС1 ЩРн-12з-1 36 УХЛ3	QF5	ВА 47-29 3р 32А х-ка D	63	32	320	ВВГ4*4	35	6
ЩС2 ЩРн-18з-1 36 УХЛ3	QF6	ВА 47-100 3р 80А х-ка D	100	80	800	ВВГ4*25	95	7

Рассчитываем общую мощность и ток объекта электроснабжения. Для этого составляем суточный график работы потребителей электрической энергии с указанием их мощностей (Рис.7).

Рис.7. Суточный график нагрузки станции перекачки сточных вод

1 – освещение комнаты персонала; 2- освещение коридора; 3- освещение производственного помещения; 4,5 – электродвигатель М2,М3; 6- электродвигатель М4; 7 – электроталь М1; 8 – электроводонагреватель (ЕК1,ЕК2,ЕК3)

Находим общую мощность объекта, учитывая график нагрузок (Рис.7) (формула 12).

I_н = Р/ (√3 * U * cos ᵠ), где (12)

I_н – номинальный ток объекта, А;

Р – мощность объекта (максимальная сумма мощностей силового и осветительного оборудования по графику), кВт;

U – напряжение, кВ;

cos ᵠ - коэффициент мощности

Подставляем данные для расчета:

I_н = 34,74 кВт / 1,73 * 0,38кВ * 0,80) = 65,5 А

Выбираем счетчик электрической энергии. Если сила тока превышает 100А, то к счетчику необходимо подобрать трансформатор тока. Сила тока объекта не превышает 100А, по этому нам трансформатор тока не требуется, выбираем счетчик электрической энергии марки Меркурий 230 AR 3*230/400 10 (100А).

Для подачи электрической энергии на вводно-распределительное устройство объекта от воздушной линии производим выбор кабеля. В качестве водного кабеля используем провода СИП (самонесущий изолированный провод). Выбираем сечение СИП по ГОСТ Р 52373-2005 "Провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи". Для данного объекта подойдет провод марки СИП-2А 3х16+1х25 допустимый ток 100А.

Производим расчет внутренней осветительной сети на падение напряжения по формуле 13:

∆U,В = (2*Р*L) / (y*S*U), где (13)

∆U,В – падение напряжения на участке линии, В.;

Р – мощность линии освещения, имеющей наибольшее значение, Вт.;

L – длинна линии, м.;

y – проводимость материала линии (у медных жил y=50 См), См.;

S – сечение жилы кабеля;

U – напряжение линии освещения, В.

∆U,В = (2*320*12)/(50*1,5*220) =0,47 В

Выражаем падение напряжения в процентах по формуле 14:

∆U,% = ∆U,В / 220В * 100 , где (14)

∆U,% - падение напряжения на участке, %.

∆U,% = 0,47В/ 220В * 100 = 0,2%

Если падение напряжения превышает 2,5%, то необходимо увеличить сечение кабеля для линии освещения и произвести перерасчет. В данном случае в этом нет необходимости.

Вывод: данный раздел содержит проект и расчеты электроснабжения внутренней сети, что дает возможность произвести дальнейшие расчетные действия для проектирования внешней сети электроснабжения объекта.