Alimentarea Cu Energie Electrica a Unui Atelier Mecanic Alimentat de La Un Post de Transformare

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MARE

Facultatea de Inginerie

PROIECT INSTALATII ELECTRICE Indrumator proiect: Student: Barz Cristian IV EM

2011-2012 1

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Contents Contents..................................................................................................................... 2 1.Stabilirea categoriei receptoarelor..........................................................................4 Schema de alimenare cu energie electrică.................................................................5 Determinarea factorului mediu de putere si a caracteristicilor instalatiei de compensare................................................................................................................ 8 Determinarea puterii cerute de consumatori si a factorului mediu de putere.........8 Determinarea puterii totale reactive.....................................................................10 Determinarea puterii reactive cerute....................................................................10 Determinarea puterii totale reactive.....................................................................12 Caracteristicile instalatiei de compensare................................................................12 Dimensionarea postului de transformare................................................................14 Calculul electric al retelei de alimentare de la PT la TD si a cablurilor ce alimenteaza consumatorii de forta si iluminat interior,exterior....................................................15 Calculul curentilor ceruti pe circuite......................................................................15 Calculul curentilor pentru coloane trizate..............................................................17 Calculul curenţilor de pornire................................................................................19 Verificarea sectiunii la regimul de pornire.............................................................20 Cabluri pentru utilaje..........................................................................................20 Cabluri pentru tablourile de distribuţie...............................................................20 Alegerea sectiunii pentru legatura intre transformator si TG.............................21 Calculul R si X al fiecarui cablu pentru TD................................................................21 Stabilitatea statica,dinamica si termica a retelei de distributie la curentii de scurtcircuit................................................................................................................21 Verificarea calculelor la pierdere de tensiune.......................................................22 Calculul impedantelor si rezistentelor din scurtcircuit...........................................22 Calculul curentilor de scurtcircuit..........................................................................24 Aparatura de comutaţie şi protecţie.........................................................................25 Dimensionarea protecţiei la suprasarcină.............................................................25 Dimensionarea protecţiei la scurtcircuit................................................................26 Dimensionarea aparaturii de comutaţie................................................................27 Masuri si norme de protectia muncii........................................................................29 Masuri de protectie impotriva electrocutarii prin atingere directa........................29 Masuri de protectie impotriva electrocutarii prin atingere indirecta.....................30 2

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Protectia impotriva electrocutarii prin legare la pamant.......................................30 Bibliografie............................................................................................................... 30

3

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Sa se proiecteze alimentarea cu energie electrica a unui atelier mecanic alimentat de la un post de transformare de 20/0,4 kv. Consumatorii de joasa tensiune avand caracteristicile din Tabelul 1. Tabelul 1 : Denumirea utilajului

Cantitate (buc)

Puterea instalata (kW)

Strung Paralel

4

12

Strung Carusel

2

11

Maşină de găurit

2

4

Freză

1

7

Raboteză

1

5

Polizor

1

2

Presă

2

14

TRAFO sudură

2

31

Convertizor sudură

1

18

1. Stabilirea categoriei receptoarelor Consumatorii de energie electrică din sistemul electroenergetic se clasifică în funcție de puterea maximă de durata absorbită în punctele de racordare în patru clase, conform tabelului:

Clasarea consumatorilor A

B

C

D

peste 50

7.5-50

2.5-7.5

sub 2.5

220-110

110

110-20

6-20

Putere maximă de durată [MVA] Treapta de tensiune minimă în punctul de reacord [KV]

4

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Continuitatea în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor reprezintă una din cele mai importante cerințe impuse sistemului electroenergetic. În funcție de natura efectelor produse de întreruperea alimentării cu energie electrică, gravitatea lor precum și consecințele acestor înreruperi, receptoarele se pot clasifica în următoarele categorii: - Categoria zero- la care întreruperea alimentării cu energie electrică poate duce la explozii, incendii, distrugerea utilajelor sau pierderi de vieți omenești (aparate din spitale, ventilația minelor sau laboratoarelor de mare risc); - Categoria I – la care întreruperea alimentării conduce la dereglarea proceselor tehnologice în flux continuu, necesitând perioade lungi pentru reluarea activității la parametrii cantitativi și calitativi existenți în momentul întreruperii, rebuturi importante de materii prime sau materiale auxiliare fără a exista posibilitatea recuperării producției nerealizate (cuptoare cu inducție, turnătorii); - Categoria a II-a – se referă la consumatorii la care întrerupere alimentării cu energie electrică conduce la nerealizări de producție, practic numai pe perioada întreruperii, iar producția nerealizată poate fi de obicei recuperată (ateliere de reparații, ateliere de fabricație mici dimensiuni); - Categoria a III-a – cuprinde toate receptoarele sau consumatorii de mică importanță care nu se încadrează în categoriile anterioare și a căror întrerupere cu energie nu îi afectează în proporții mari, creeând doar un disconfort (consumatorii casnici); Durata întreruperii cu energie elctrică până la alimentarea cu energie pe calea de rezervă, poate varia de la 30 minute pentru clasele A-B până la circa 8-16 ore pentru cei din clasa D. Conform tabelului și celor expuse, putem concluziona că atelierul mecanic se încadrează în categoria a II-a a receptoarelor deoarece fluxul tehnologic se oprește doar pe perioada întreruprii, lucru ce permite recuperarea producției nerealizate.

Schema de alimenare cu energie electrică La joasă tensiune energia electrică se distribuie consumatorilor printr-o rețea de 400/230 V, alimentată prin intermediul transformatorului din postul de transformare de la rețeaua de medie tensiune de 20 KV. Se va folosi o schemă de tip radial simplă pentru distribuție industrială ce va alimenta unul sau mai multe receptoare grupate pe tablouri de distribuție. Linia care alimentează un singur receptor se numește circuit, iar cea care alimentează un număr mai mare sau un grup de consumatori se numește coloană.

5

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare IL

TD 5

baia vestiar birou

TD 4

SP SP SC SP SP

Pr R TD 3

SC F Pr IL debara

TD 2

TS CS TS IL

MG TD 1

Tablou general

IL

Po MG IL

6

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare În continuare se va dimensiona fiecare tablou în parte şi receptoarele pe care le deservesc. Se va avea în vedere calculul: - Puterilor cerute; - Curenţilor ceruţi; - Aparatajului de protecţie şi control; - Secţiunile conductoarelor electrice; - Curenţi de scurtcircuit.

Utilaj

precum şi verificările în cazul regimurilor anormale de funcţionare.

tip

Puterea nominal ă

motor

PN (kW)

Factorul de putere nominal

Randament ul nominal

Curentul nominal

Raportu l

Curentul de pornire

η

IN (A)

Ip/In

Ip (A)

cosφ

SP

ASU 132S6

3

0.77

0.81

6.94

6

41.64

SC

ASU 132Mb-6

5.5

0.83

0.865

11.1

6

66.6

MG

ASU 132S6

2.2

0.77

0.79

5.22

6

31.32

F

ASU 160M6

7.5

0.83

0.88

14.8

6

88.8

R

ASU 132Mb-6

5.5

0.83

0.86

11.1

6

66.6

TS

TSA-M-300

15

0.35

0.85

38

1

38

CS

CSC-5-300

19

0.9

0.86

55

4.5

247.5

Pr

ASU 160M6

7.5

0.83

0.88

14.8

6

88.8

Po

ASU 160M-

2.2

0.77

0.79

5.22

6.5

33.93

7

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare 6 II

3

0.92

0.95

IE

0.3

0.95

1

Determinarea factorului mediu de putere si a caracteristicilor instalatiei de compensare Determinarea puterii cerute de consumatori si a factorului mediu de putere Factorul mediu de putere mediu se face prin relatia :

–puterea activa instalata pt . grupa de receptoare k [kW] - factorul de putere pt. grupa de receptoare k sau :

unde : - puterea activa totala ceruta – putera aparenta totala ceruta - puterea reactiva totala ceruta Aceste puteri sunt calculate in continuare.

8

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Determinarea puterii active cerute se face prin si a factorului de putere mediu se face prin metoda coeficientilor de cerere.

-puterea activa ceruta de grupa de receptoare k [kW] - coeficient de cerere pt. grupa de receptoare k –puterea activa instalata pt . grupa de receptaore k [kW] Coeficientii de cerere si factorii de putere sunt indicati in tabelul de mai jos :

Categoria receptoarelor Strung normal,freze,raboteze,polizoare,masini degaurit

0.18

0.54

1.56

Strung paralel ;prese

0.25

0.6

1.33

Trafo sudura

0.35

0.35

2.67

Generataor(convertizor )sudura

0.3

0.12

0.56

Iluminat int

0.85

0.9

0.48

Iluminat ext

0.9

1

0

=2.16 kW =2.75 kW =0.72 kW =1.26 kW =0.9 kW =10.85 kW =5.4 kW

9

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare =3.5 kW =0.36 kW = 2.55 kW 0.27 kW Pc prize=8.8 kW

Determinarea puterii totale reactive Pc tot=Pc strung paralel + Pc strung carusel + Pc masina gaurit + Pc freza +Pc raboteza + Pc trafo + + Pc convertizor + Pc presa + Pc iluminat int+

= 39.52 kW

Determinarea puterii reactive cerute se face cu relatia :

-puterea activa ceruta de grupa de receptoare k [kW]

Strung paralel

= 3.7368kVAr Strung carusel

=3.57 kVAr Masina de gaurit

10

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare

=1.2456 kVAr Freza

=2.17 kVAr Raboteza

=1.557 kVAr Trafo sudura

=26.04 kVAr Convertizor sudura

=3.024 kVAr Presa

11

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare =4.55 kVAr Polizor

=0.6228 kVAr Iluminat int

=1.224 kVAr Iluminat ext

=0 kVAr

Determinarea puterii totale reactive Qc tot= QcSP + Qc SC +Qc MG + Qc F + Qc R + Qc TS + Qc CS + Qc Pr + Qc Po + Qc II +Qc IE= 47. 755 kVAr

Caracteristicile instalatiei de compensare Compensarea consumului de putere reactiva este caracterizate de ridicarea factorului de putere. Pentru aceasta se instaleaza o baterie de condensatoare derivatie amplasata la nivelul tabloului general de distributie (compensare centralizata) Notand cu puterea activa ceruta si cunoscand se determina compensarii ,puterea bateriei,cu relatia :

puterea reactiva necesara

12

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare -puterea reactiva a bateriei KVAr – tangenta de mediu =0.95 tangenta pt cos neutral

Instalatiile de descarcare sa asigure posibilitatea descarcarii bateriilor de condensatoare la deconectarea acestora imediat si direct fara efectuarea altor manevre.Timpul de descarcare depinde de calitatea dielectricului, p baterie reprezinta un pericol potential pentru personalul de exploatare si duce la aparitia unor supracurenti la conectarea la retea. Rezistentele de descarcare ale bateriei sau ale treptelor,dupa deconectarea de la retea, trebuie sa asigure la borne o tensiune nepericuloasa de cel mult 50V in mai putin de 1 minut la joasa tensiune si se determina ca relatia :

Unde

=1 min;

;

C se calculeaza cu relatia:

CΥ= 691.59 μF CΔ= 230.53 μF

13

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare

Dimensionarea postului de transformare Puterea aparenta a transformatorului se determina cu relatia :

Unde :

coeficient ce tine seama de incarcarea transformatorului astfel incat pierderile in el sa fie minime ;

ST>

;ST>52 - puterea nominal aparenta a transformatoruli [kVA]

- puterea ceruta [kW] - puterea reactiva ceruta [kVAr] - puterea reactiva compensata prin baterii de condensatoare [kVAr]

14

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Se alege un transformator in ulei mineral clasa 20kV/0.4 KV cu urmatoarele caracteristici : Puterea nominala

63 kVA

Tensiunea nominla primar

20 kV

Tensiunea nominala secundar

0.4 kV

Conexiunea transformatorului

Yzn-5

Pierderile in scurtcircuit

1.3 kW

Pierderile in gol

0.25 kW

Tensiunea de scurtcircuit

4%

Calculul electric al retelei de alimentare de la PT la TD si a cablurilor ce alimenteaza consumatorii de forta si iluminat interior,exterior Calculul curentilor ceruti pe circuite în care cosφ este factorul de putere nominal al receptorului (cosφ = 0.92 pentru ciruite de prize şi iluminat); η este randamentul nominal al receptorului; PN puterea nominal a receptorului [W]; UN tensiunea de linie [V] (400V); Uf tensiunea de fază [V] (230V); ki coeficientul de încărcare (0.96) Curenţii de vârf pentru circuite de forţă trifazate sunt egali cu curenţii de pornire ai motoarelor electrice de acţionare [A]:

Iv = I p iar în cazul coloanelor [A]: 15

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare I v = I p max + ∑I c în care Ipmax este curentul de pornire cel mai mare dintre motoarele electrice de acţionare din cadrul tabloului TP1 [A];

∑I

c

suma curenţilor ceruţi ai motoarelor de pe aceeaşi coloană care

funcţionează simultan [A].

Strung paralel

Strung carusel

Masina gaurit

Freza

Raboteza

Trafo sudura

Convertizor sudura 16

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare

Presa

Polizor

Iluminat interior

Iluminat exterior

Prize

Calculul curentilor pentru coloane trizate

Pe coloana de distributie numarul 1

17

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare kW 1,86 kW

.Pe coloana de distributie numarul 2

kW kW

Pe coloana de distributie numarul 3

Pe coloana de distributie numarul 4

Pe coloana de distributie numarul 5 18

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare

prize:

Pi

TD1 TD2 TD3 TD4 TD5 9.273

1.656 2.649 1.656 1.656 1.656 kW

Calculul curenţilor de pornire

(Ip=IN× ) Strung paralel: Ip =41,64 A Strung carusel: Ip =66,6 A Maşină de găurit: Ip =31,32A Freză: Ip = 88,8 A Raboteză: Ip =66,6 A Presă: Ip =88,8 A Polizor: Ip =33,93 A Transformator de sudură: Ip =38 A Convertizor de sudură: Ip = 247,5 A

19

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare Verificarea sectiunii la regimul de pornire Cabluri pentru utilaje

Jec= 35 conform [2] bibliografie Strung paralel: S = 1,19 mm2 Strung carusel: S = 1,90 mm2 Maşină de găurit: S =0,89 mm2 Freză: S = 2,54 mm2 Raboteză: S = 1,90 mm2 Transformator de sudură: S =1,09 mm2 Convertizor de sudură: S = 7,07 mm2 Presă: S =2,54 mm2 Polizor: S =0,97 mm2 Prize: S=2.5 mm2 sectiunea S Sc S Sp S Mg SF SR S Ts S Cs S Pr S Po S prize

Stas 1.19 1.90 0.89 2.54 1.90 1.09 7.07 2.54 0.97 2.5

1.5 2.5 1 4 2.5 1.5 10 4 1.5 2.5

mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2

Se alege un conductor trifazat cu nul de tip ACYY cu Cabluri pentru tablourile de distribuţie

Jec =2.75 conform [2] bibliografie Ic max [A] TG-TD1

41.76

TG-TD2

323.50

TG-TD3

140.60

Jef 18.98 [A] - Strung carusel Inf = 33.3 > 30.41 [A] - Maşină de găurit Inf = 15.66 >14.27 [A] - Freză Inf = 44.4 > 40.53 [A] - Raboteză Inf = 33.3 > 30.41[A] - TRAFO sudură Inf = 38[A] - Convertizor sudură Inf = 112.5 > 96.9 [A] - Presă Inf = 44.4 > 40.53 [A] - Polizor Inf = 16.86 >14.27 [A] Aparatele de protecţie ale circuitele de prize şi iluminat nu permit reglarea curentului de scurtcircuit deci el va ramane cel specificat de producător.

Dimensionarea aparaturii de comutaţie Contactoarele folosite pentru comutaţia circuitelor de forţă trebuie să îndeplinească următoarea condiţie:

I nc ≥ 1.1 ⋅ I c Deci curenţii nominali ai contactoarelor vor fi pentru: - Strung paralel Inc = 7.49 [A] - Strung carusel Inc = 12.00 [A] - Maşină de găurit Inc = 5.63 [A] - Freză Inc = 15.99 [A] 27

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare - Raboteză Inc = 12.00 [A] - TRAFO sudură Inc = 78.54 [A] - Convertizor sudură Inc = 38.24 [A] - Presă Inc = 15.99 [A] - Polizor Inc = 5.63 [A]

Aparatura de protecţie şi comutaţie este prezentată în tabelul de mai jos.

Circui t deser vit

Curent cerut Ic [A]

Contact or

Curent nominal contactor

Curent nominal fuzibil

Inc [A]

Inf [A]

Releu termic

Curent reglaj releu termic Irt [A]

SP

6.81

DILM9-10

9

20

ZB12-6

7.6

SC

10.91

DILM1210

12

35

ZB12-12

12

MG

5.12

DILM7-10

7

16

ZB12-6

6

F

14.54

DILM1710

17

50

ZB12-16

16

R

10.91

DILM1210

12

35

ZB12-12

12

TS

71.4

DILM8010

60

63

ZB65-57

65

CS

34.76

DILM4010

38

125

ZB65-40

38

Pr

14

DILM1710

17

50

ZB12-16

16

Po

4.7

DILM7-10

7

20

ZB12-6

6

Circuit

Curent

Curent

Întreruptor

Curent reglaj 28

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare deservit

cerut Ic [A]

reglaj releu termic

automat

declanşator Irm [A]

Irt [A]

Iluminat (toate)

-

PKNM-10/1N/C

Prize 1~

10.6

PKNM-16/1N/C/003

Prize 3~

20

mRB4-20/3N/C/003

col TD1

8.10

11.5

NZMH2-4-A25-SVE

69

col TD2

52.19

69

NZMH2-4-A80-SVE

414

col TD3

25.02

34.5

NZMH2-4-A50

207

col TD4

14.2

28.75

mRB4-25/3N

172

col TD5

6.75

11.5

NZMH2-4-A25-SVE

69

TG

102.41

103.5

NZMH2-4VE160/100-SVE

506

Masuri si norme de protectia muncii Masuri de protectie impotriva electrocutarii prin atingere directa Pentru a evita accidentele prin electrocutare la atingeri directe se iau urmatoarele masuri: a) Inaccesibilitatea la atingeri intamplatoare: 29

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare -

utilizarea carcaselor de protectie izolarea directa a tuturor elementelor conductoare de current, care fac parte din circuitele curentilor de lucru

-

prevederea cu ingradiri din plasa sau tabla perforate amplasarea la inaltimi inaccesibile in mod normal

b) Mijloace individuale de protectie c) Tensiuni reduse de alimentare a utilajelor d) Izolarea suplimentara de protectie

Masuri de protectie impotriva electrocutarii prin atingere indirecta Protectia se aplica retelelor sub 1kV cu neutral legat la pamant si consta in legarea la conductorul de nul, de protectie a carcaselor metalice ale echipamentelor. In cazul producerii unui defect de izolatie a unei faze, conductorul de nul la protectie si faza defecta sunt puse in legatura galvanica prin intermediul carcasei metalice, formandu-se astfel un scurtcircuit monopolar inte faza respective si conductorul de nul. Curentul de defect ce apare in acest caz I D =

Uf Z f + Zn

, unde

Zf , Zn sunt impedantele de faza si de nul.

Protectia impotriva electrocutarii prin legare la pamant Se face prin racordarea la o priza la pamant a tuturor partilor metalice ale echipamentelor care in mod obisnuit nu se afla sub tensiune, dar pot fi puse accidental sub tensiune. Prin legarea la pamant se asigura deconectarea sectiunii defecte concomitant cu micsorarea sectiunii de atingere.

Bibliografie

30

Alimentarea cu Energie Electrica a unui Atelier Mecanic Alimentat de la un Post de Transformare 1. Dan C.,Peter, Curs Instalatii electrice

2. DUMINICATU, M., Proiecterea instalatiilor electrice 3. PIETRAREANU, E., Agenda electricianului 4. Catalog de transformatoare: CELME 5. Catalog de condensatoare: KBR 6. Catalog de cabluri: http://www.iproeb.ro/ 7. Catalog de aparataj de putere: http://www.traconelectric.com/

31