Цех металлорежущих станков

Введение

Важнейшая роль в экономике  страны принадлежит машиностроению. От темпов развития машиностроения характерно зависит рост механической оснащенности всех отраслей народного хозяйства.

Машиностроение характерно чрезвычайным многообразием технологических  процессов, в которых используется электроэнергия: литейное производство и сварка, обработка металлов давлением  и резанием, упрочняющая термообработка, нанесение защитных и отделочных покрытий и т.д.

Предприятия машиностроения широко оснащены электрифицированными подъемно-транспортными механизмами, насосными компрессорными установками, механообрабатывающим и сварочным  оборудованием. Автоматизация в  машиностроении затрагивает не только отдельные технологические агрегаты и вспомогательные механизмы, но и целые комплексы, автоматизированные поточные линии, цеха и заводы.

Научно-технический прогресс предполагает рост энерговооруженности  в промышленности за счет совершенствования  и внедрения нового, экономичного и технологичного электрооборудования. Электроприемники, преобразующие электрическую  энергию в другие виды энергии, прочно занимают ведущее положение в  подавляющем большинстве производственных процессов.

Постоянное повышение  энерговооруженности производства обеспечивается опережающим развитием  электроэнергетики.

Эффективность производства и качества продукции во многом определяются надежностью средств производства и, в частности, надежностью электрооборудования.

Интенсивное развитие технических  средств вызвало необходимость  совершенствования методики проектирования и создания на ее основе новых высокоэффективных  предприятий. В современных условиях эксплуатация электрооборудования  требует все более глубоких и  разносторонних знаний, а задачи создания нового или модернизация существующего  электрифицированного технологического агрегата, механизма или устройства решаются совместными усилиями технологов, механиков, электриков.

Реконструкция действующих  производств при использовании  современного оборудования, на базе энергосберегающих  технологий – одна из основных задач  перевооружения производства.

В условиях научно-технического прогресса значительно усложнились  взаимоотношения человека с природой. Научно-технический прогресс создал огромные возможности для покорения  сил природы, а вместе с тем  для ее загрязнения и разрушения. Промышленный прогресс сопровождается поступлением в биосферу огромного  количества загрязнений, которые могут  нарушить природное равновесие и  угрожать здоровью людей.

Курс на интенсификацию экономического развития требует дальнейшего повышения  эффективности использования природных  ресурсов. Исходя из этого, намечено расширить  научную разработку фундаментальных  и прикладных проблем охраны природы, а также повысить эффективность  использования имеющегося оборудования.

Актуальность темы курсового  проекта соответствует задаче технического перевооружения – созданию высокоэффективного энергосберегающего производства.

 

1 Краткая характеристика  и спецификация оборудования  цеха

Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного  производства деталей по заказу.

ЦМС предусматривает наличие  производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного значения размещены в станочном, заточном и резьбошлифовальном отделениях.

Транспортные операции выполняются кран-балкой и наземными электротележками.

Цех получает ЭСН от собственной  цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенный на расстоянии 1,3км от ГПП завода. Подводимое напряжение – 10 или 35 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии 15 км.

Потребители ЭЭ относятся  к 2 и 3 категории надёжности электроснабжения. Количество рабочих смен- 3. Грунт в районе цеха - глина при температуре +5 ⁰С.

Каркас здания сооружен из блоков – секций, длиной 6 и 8 м каждый.

Размеры цеха А × В × Н = 50 × 30 × 8 м.

Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м. Перечень ЭО цеха металлорежущих станков  дан в таблице 3.15 по литературе [1].

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприёмника. Расположение основного ЭП показано на плане цеха, представленном на рисунке А.1 Приложения А.  

2 Расчет нагрузок цеха

2.1 Расчёт мощности освещения

Сети электрического освещения  характеризуются большой разветвлённостью и протяжённостью. Основное требование ПУЭ к их расчёту заключается в выборе таких площадей сечений проводов при которых отклонения напряжения на источниках света находятся в допустимых пределах.

Расчёт площади сечения  проводов в сетях освещения проводят по допустимым потерям напряжения и по допустимому нагреву проводов. Из двух найденных площадей сечения принимают  большее.

Определяем площадь помещения S, м² :

S = A  (2.1.1)

S = 1500 м²

Предварительно размещаем  светильники на плане участка, определить их количество. N = 74, шт.

Определяем по справочной литературе [ 1 ] параллельно освещённость рабочих мест .

Определяем удельную мощность освещения W,  

W = 4,3

Определяем расчетную  мощность ламп P_расч.л , кВт

P_расч.л = (2.1.2)

P_расч.л = кВт

Выбираем ДРЛ = 250

Определяем активную мощность освещения P_осв ,  кВт:

P_осв =   (2.1.3)

P_осв = 

Определяем реактивную мощность ламп основного освещения Q_осв, Вар

Q_осв = P_осв тgφ (2.1.4)

Q_осв = 17,6 1,44 = 25,34 Вар

Определяем полную расчетную  мощность основного освещения S_p, кВА

(2.1.5)

 

Определяем ток расчетный  осветительный нагрузки I_осв, А

(2.1.6)

 

2.2 Расчёт максимальных нагрузок цеха

При разработке проекта электроснабжения промышленного предприятия необходимо определить электрическую нагрузку, передачу которой требуется обеспечить для нормальной работы объекта. В  зависимости от этого значения, называемого  расчетной нагрузкой, выбираем источник электроснабжения и все оборудование электрической сети: линии, трансформаторы, распределительные устройства. Неточность определения расчетной нагрузки приводит или к перерасходу шин, кабелей и проводов, или к низкой надежности электроснабжения.

Для правильного и точного  выбора трансформаторов, кабелей, шинопроводов необходимо рассчитать электрические нагрузки цеха. Для определения расчётных нагрузок применяем метод упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума).

Расчет нагрузок групп  приемников.

1 Определяем номинальную мощность электрического электроприемника, кВт

,  (2.2.1)

где - мощность электроприемника, кВт;

ПВ - коэффициент продолжительности  включения для электроприемника  в повторном кратковременном режиме.

2 По справочной литературе коэффициент использования К_и для каждого электроприемника.

3 Определяем среднюю активную нагрузку за наиболее загруженную смену каждого электроприемника , кВт:

= К_и  (2.2.2)

4 Определяем по справочной литературе коэффициент мощности cosφ, tgφ для каждого электроприёмника.

5 Определяем среднюю и реактивную мощности за наиболее загруженную смену каждого ЭП Q_см, кВАр.

Q_см =  P_см· tgφ (2.2.3)

6 Определяем номинальный ток каждого ЭП I_н, А.

а) ПВ = 1 ; I_н = ;   (2.2.4)

б) ПВ ǂ  1 ; I_н =; 0,38(кВ).

в) I_н ;

г) 1ф. Э.П. I_н = ; 0,22(кВ).

Из-за отсутствия данных принимаем:

ɳ = 0,8.              P_н ≤ 30 кВт;

ɳ = 0,85.            P_н … 50 кВт;

ɳ = 0,9.              P_н ˃ 50 кВт.

7 Определяем количество одинаковых ЭП, на участке n, штук.

8 Определяем суммарную номинальную мощность одинаковых

  P_нΣ=n·P_н (2.2.5)

9 Определяем суммарную среднюю мощность

P_смΣ= n·P_см;

Q_смΣ= n·Q_см.

10 Определяем суммарную номинальную и среднюю мощности всех ЭП цеха.

11 Определяем групповой коэффициент использования

К_и.гр. =

12 Определяем отношение наибольшей номинальной мощности ЭП участка к наименьшей  

m =

13 Определяем эффективное число ЭП цеха n_э.

14 Определяем расчётные нагрузки по цеху:

Р_расч..= К_м · Р_смΣ ;

Q_расч. = К_м ·Q_смΣ ;

S_{расч .}=

I_расч. =

Пример - Расчёт выполнил для электроприёмника №1.

1 кВт

2 К_и = 0,05

3 = 0,05    = 0,1 кВт

4 cosφ = 0,5;   тgφ = 1,73

5 Q_см =  0,1· 1,73  = 0,17 кВАр

6 I_н = ;    I_н А ,

7 n = 3 шт.

8  P_нΣ = 3·2,0 = 6 кВт

9 P_смΣ = 3·0,1 = 0,3; кВт

 Q_смΣ = 3·0,17 = 0,51 кВАр

10 Р_ном,Σ = 483,5

11 К_и.гр. =

12 m = = 26

13 n_э  = 0,54*40 = 22

14 Р_расч..= 1,5 · 84,75= 127,2;   Q_расч.= 1,5 ·100,01= 150,02 ;

S_{расч .}= =; I_расч. = = 250

Расчет для остальных  ЭП выполнен аналогично, и получившиеся результаты  записаны в таблицу 2.2.1.

Таблица 2.2.1 – Расчет эффективного числа ЭП n _э

Рном,Σ	N		Рном.1	N1			nэ
483,5	40	26	272	8	0,56	0,2	22

При К_и.гр.< 0,2 n_э  определяется табличным методом.

 

 

 

3 Выбор трансформаторной  подстанции

3.1 Расчёт компенсации  реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий  имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей  проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Передача значительного  количества реактивной мощности из энергосистемы  к потребителям вызывает возникновение  дополнительных потерь активной мощности и энергии во всех элементах системы  электроснабжения.

Затраты, обусловленные этой передачей, можно уменьшить или  даже устранить, если устранить влияние  реактивной мощности в сетях низкого  напряжения.

Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в  сетях промышленных предприятий  является одним из основных направлений  сокращения потерь электроэнергии и  повышения эффективности электроустановок предприятия.

Для компенсации реактивной мощности применяются специальные,компенсирующие устройства, являются источниками реактивной энергии емкостного характера.

Для выбора компенсирующего  устройства определяем реактивную мощность передаваемую от энергосистемы

Q_э = tgφ_э (P_расч.+P_осв.)  (3.1.1)

где tgφ- коэффициент реактивной мощности заданной энергосистемы,

tgφ_э = 0,2

Q_э = 0,2 (127,2+17,6) = 28,96

Определяем расчетную  мощность компенсирующей установки

Q_{ку.расч .}= (Q_расч.+Q_осв.)-Q_э (3.1.2)

Q_{ку.расч} = (150,02 +25,34)-28,96 = 146,3

По справочной литературе выбираем компенсирующее устройство

                    Q_ку   ≥ Q_{ку.расч} 100 ≥ 146,3

Выбираем конденсаторную установку 2АКУ- 0,4-75-1 ОЗУ ближайшую по мощности к расчётному значению и определяем фактический коэффициент реактивной мощности после установки компенсирующих устройств

tgφ = = = 0,3 (3.1.3)

Условие выполняется, принимаем  установку 2АКУ- 0,4-75-1 ОЗУ. Выбранную БК размещаем на РУНН - 0,4кВ трансформаторная подстанция, так как установка батареи в РУВН увеличит мощность трансформатора, за счёт передачи, через него реактивной мощности от сети.

Выбираем автоматический выключатель и кабель для подключения  компенсирующего устройства по условию:

U_ном.а ≥ U_сети   400 ˃ 380

I_ном.а ≥ I_ку  250 ˃ 170,27

I_{т.р .} ≥ 1,1·I_ку   200 ˃ 187,30

I_{м.р .} ≥ 1,6·I_ку   600 ˃ 272,43

К_п.1·К_п.2·I_доп. > I_ку   1·1·200 ˃ 170,27

К_п.1·К_п.2·I_доп. > I_з.·К_з.  1·1·200 ˃ 200·0,66

I_ку = (3.1.4)

I_ку = = =  117,2 А

Выбираем ВА 51- 35, I_ном = 250 А

Выбираем АВВГ  3+2

3.2 Выбор числа  и мощности трансформаторов

Трансформаторные цеховые  подстанции являются основным звеном системы электроснабжения и предназначены для питания одного или нескольких цехов.

Однотрансформаторные цеховые подстанции применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складного» резерва или при резервировании, осуществляемом по перемычкам на вторичном напряжении.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании потребителей 1-ой и 2-ой категорий.

Определяем расчётную  мощность ЭП цеха S_расч. кВа  с учётом компенсации реактивной мощности, по формуле:

S_расч. =  (3.2.1)

S_расч. =

Определяем минимальную мощность трансформатора:

S_мин =,

где К_загр.- коэффициент загрузки, К_загр = 0,65;

N – количество трансформаторов, N = 2

S_мин =81,7

Выбираем трансформатор  ТМ-100 по литературе [1], исходя из условия:

S_ном ≥ S_мин.тр.  100  ≥ 81,7

 

4 Питающая сеть

4.1 Описание питающей  сети. Выбор сечения высоковольтного  кабеля

Определим полную мощность цеха с учетом компенсации реактивной мощности:

S_расч. = (4.1.1)

S_расч. = кВА.

Определим суточный расход электроэнергии:

W_сут. = P_см∙t_см∙K_см. ,

где P_см- средняя активная нагрузка за смену;

t_см- продолжительность работы смены в часах;

K_см- количество смен в сутки.

W_сут = 84,75∙8∙3 = 2034

Определим годовой расход электроэнергии:

W_год = W_сут∙N ,

W_год = 2034∙250=508500

Определим число часов  использованием максимальной нагрузки в год:

T_{макс .}=

T_макс. == 3511,7

По справочной литературе [1] определим экономность плотности тока для кабелей с бумажной изоляцией с алюминиевыми жилами.

Экономическая плотность тока, определил j=1,6.

Определим расчётный ток  высоковольтного кабеля:

I_{расч .}=

I_{расч .} = = 8,6

Определим экономическое  сечение питания кабеля  с учётом количества кабелей:

F_эк. =

F_эк. = = 6,2.

Выберем кабель по условию:

F > F_эк.                             16 > 6,2

K_п.∙K∙I_доп. > I_расч.       1∙1∙95 > 8,6

В результате расчётов выбрал кабель ААБл 3×16-10, I_{доп .}= 95А.

4.2 Выбор вакуумного  выключателя

Сети электрического освещения  характеризуются большой разветвлённостью и протяжённостью. Основное требование ПУЭ к их расчёту заключается в выборе таких площадей сечений проводов, при которых отклонения напряжения на источниках света находятся в допустимых пределах.

Расчет площади сечения проводов в сетях освещения проводят по допустимым потерям напряжения и по допустимому нагреву проводов. Из двух найденных площадей сечения принимают  большее.

Выбираем аппарат защиты по условиям:

U_ном.≥U_сети        10000≥380

I_ном.≥I_расч.         32≥18,68.

Проверяем аппарат защиты:

а) по коммутационной способности

I_откл.≥I_по.           I_по.=11 кА      12,5≥11.

Выбираем выключатель:

BB/TEL-10-12,5/1000 I₂,

где I_по.- начальное действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания, кА;

I”- наибольшее значение тока КЗ на шинах РП, кА.

б) на термическую стойкость:

I_терм.²∙t_терм.≥В_к.                    

В_к.=I_по.² (t_откл.+Tа),             

где I_терм.- ток термической стойкости, А;

 t_терм.- время протекания тока термической стойкости, с;

В_к.- тепловой импульс тока КЗ., А², с;

 t_откл.- время отключения КЗ., с.

t_откл.=t_p3+t_в,

где t_p3- время действия релейной защиты, с (0,2);

t_в- полное время отключения выключателя;

Tа- постоянная времени  затухания апериодической составляющей тока КЗ., с (0,01).

В_к.=11²∙(0,085+0,01+0,2)=121∙0,295=35,69

12,5²∙3≥35,69;    468,75≥35,69

в) на электродинамическую стойкость:

I_дин.≥I_уд.                 32≥21,24

I_уд.= ∙ К_уд.∙I_по. ,        К_уд.=1,365

I_уд.=

где I_дин. - ток электродинамической стойкости, А;

I_уд. - ударный ток, КЗ., А;

К_{уд .}-ударный коэффициент тока КЗ.

При выборе аппаратов защиты необходимо проверить кабель на термическую стойкость током КЗ по условию:

F≥F_мин.

F_мин.=∙10³/Ст,

F_мин.=                16≤70,3

где F_мин. - минимальное сечение по условию допустимого нагрева при КЗ;

Ст- коэффициент, зависящий от допустимой температуры при КЗ и материала проводника, Ст= 85- для кабелей до 10 кВ с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами.

Выбираем ААБл      3×95-10.

 

5 Распределительная  сеть цеха

5.1 Описание схемы.  Расчёт нагрузок по узлам сети

Для подключения питающей сети необходимо ЭП разбить на узлы и рассчитать для каждого узла мощность и расчётный ток, по которым выбираем питающий кабель и аппарат защиты.

Определяем групповой  коэффициент использования для  каждого узла

К_и.гр.=  (5.1.1)

Определяем отношение  наибольшей номинальной мощности ЭП участка к наименьшей для каждого узла

m = 

Определяем эффективное  число ЭП цеха n_э, используя таблицу 5.1.1

Определяем коэффициент  максимума К_m

Определяем расчётную  нагрузку в узлах

P_расч.= К_m·P_см∑

Q_расч.=·Q_см.∑

S_расч.=

I_расч.=

Пример – расчёт выполнить  для узла №2

К_и.гр.= 0,16

Таблица 5.1.1 - Расчёт n_э для узла №1, узла №2, и узла №3

Nузла		N	Pном,∑	N1	Pном.1.			nэ
1	2,25	3	13,5	1	4,5	0,3	0,33	6
2	4	8	34,9	1	8	0,125	0,22	9
3	26	29	430,6	2	80	0,7	0,19	6

 

 

5.2 Выбор шинопроводов и распределительных пунктов

Для распределения электроэнергии к значительному числу электроприемников небольшой мощности, распределенных компактно на площади цеха (например, для питания электродвигателей станков в металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и т. п. цехах), следует, как правило, применять распределительные магистрали, присоединяемые к шинам подстанции или главным магистралям с помощью аппаратов управления и защиты. В местах, где предвидится вероятность перепланировок технологических механизмов, и условия среды это позволяют, рекомендуется применять распределительные магистрали в виде так называемых «штепсельных шинопроводов», допускающих возможность быстрого и безопасного присоединения новых и отсоединения убираемых нагрузок без снятия напряжения с шинопровода (без перерыва в работе остальных электроприемников).

Выбираем автоматические выключатели по условиям

n =1 n>1

U_ном.≥U_сети  U_ном.≥U_сети

I_ном.≥I_{ном. ЭП} I_ном.>I_расч.

I_тр.>1,1I_{ном. ЭП} I_тр.>1,1I_расч.

I_эмр.>1,25I_пуск I_эмр.>1,25I_пик.

Выбираем шкафы распределительные:

I_ном.шк > I_расч.

Выбираем шинопровод распределительный:

I_ном>I_{расч.цепи}

Выбираем автоматические выключатели:

I_пик. = I_{пуск.нб.} + I_расч.-I_ном.нб.

Пример расчёта:

n= 1, выбираем автоматические выключатели для 1 узла:

400  ≥  380;

100  ≥  12,9;

16   >  14,19;

112  >  64,5.

 n > 1 , выбираем автоматический выключатели для 1 узла

400 ≥ 380;

32 > 18,68;

32 > 20,55;

1600 > 87,85.

160 > 18,68;

400 > 302,22 (для 3 узла)

I_пик. = 777,02 (для 3 узла).

5.3 Расчёт заземляющего  устройства

Для подключения питающей сети необходимо Э.П. разбить на узлы и рассчитать для каждого узла мощность и расчётный ток, по которым выбираем питающий кабель и аппарат защиты.

Заземляющее устройство выполняем  заземлителями из уголковой стали  размерами: 50×50×5мм соединённых горизонтальной полосой сечением: 40×4мм.Сопротивление одиночного стержня длиной 2,5м из уголковой стали определяем по формуле: R_оу=0,318ƥ·К_м, где ƥ- удельное сопротивление грунта, Ом·м, К_м- коэффициент учитывающий климатическую зону и вид заземлителя.

R_оу= 0,318·40·1,5= 19,08 Ом

Определяем необходимое  количество заземлителей

n = , ( ƪ = 10шт. ),

гдеƪ- коэффициент использования заземлителя,

R₃- нормативное сопротивление заземлителя.

При расположении заземлителей в ряд ƪ = 0,34.

N = = 224

Определяем сопротивление  растеканию вертикальных заземлителей

R_в =

R_в == 0,028 Ом

Определяем сопротивление  горизонтальной заземляющей полосы

R_{г .} =·lg ,

где l- длина горизонтальной полосы, м;

b- ширина горизонтальной полосы(40×4), b = 40мм;

t- глубина горизонтальной полосы 0,7 м.

L = n·2,5 = 224·2,5 = 560м ,

R_{г .}=·lg= 0,026·lg2240000 = 0,16 Ом.

Определяем (сопротивление  растеканию горизонтальной полосы) общее  сопротивление заземляющего устройства

R_и. === 0,02 Ом.

 

Заключение

В теоретической части проекта характеристики потребителей электроэнергии и категории электроснабжения, внутренние схемы электроснабжения.

Электроосвещение цеха выполнено  на основе светильников с лампами  ДРЛ-250. Выбор данного типа ламп основан на следующих критериях: высокая светоотдача выбранного типа ламп, большой срок их службы.

В расчетной части проекта  произведены расчеты электрических  нагрузок, расчет и выбор компенсирующего  устройства, выбор силового трансформатора, сечений проводов и кабелей, выбор  защитных устройств.                           

 

Литература

1. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий. М.: Издательский центр «Академия», 2006.- 368с.
2. Сибикин Ю.Д. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок/ Ю.Д.Сибикин, М.Ю.Сибикин. — М.: Высш. шк., 2003.
3. Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования - М.: Форум Инфра - М, 2003-214с.