Электрооборудование ремонтно механического цеха

   ВВЕДЕНИЕ

 

Повышение уровня электрификации производства и эффективности использования  энергии основано на дальнейшем развитии энергетической базы, непрерывном увеличении электрической энергии.  В настоящее время при наличии мощных электрических станций, объединённых в электрические системы, имеющие высокую надёжность электроснабжения, на многих промышленных предприятиях продолжается сооружение электростанций. Необходимость их сооружения обуславливается большой удалённостью от энергетических систем, потребностью в тепловой энергии для производственных нужд и отопления, необходимостью резервного питания ответственных потребителей. Проектирование систем электроснабжения ведётся в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования вопросы электроснабжения предприятий получили форму типовых решений. В настоящее время разработаны методы расчётов и проектирования цеховых сетей, выбора мощности цеховых трансформаторов, методика определения цеховых нагрузок и т. д. В связи с этим большое значение приобретают вопросы подготовки высоко квалифицированных кадров, способных успешно решать вопросы проектирования электроснабжения и практических задач.

В данном курсовом проекте будет рассмотрена схема трансформаторной подстанции описание ее работы. Так же будет произведен расчет выбора наиболее оптимального трансформатора.

Целью курсового  проекта является: выбор и обоснование  схемы электроснабжения и устанавливаемого электрооборудования для проектируемого объекта.

Объект  исследования: ремонтно-механический  цех

Предмет исследования: этапы расчета и  выбор системы электроснабжения ремонтно-механического цеха.

Гипотеза: при разработке электрической схемы  ремонтно-механического цеха найден оптимальный вариант, обеспечивающий надежную  бесперебойную работу электрооборудования с  учетом  безопасности  ее  обслуживания.

Для реализации поставленной цели и проверки гипотезы поставлены следующие задачи:

1. Рассчитать освещение производственного цеха;

2.  Рассчитать электрические нагрузки;

3. Произвести выбор числа и мощности трансформаторов питающей подстанции;

4. Рассчитать токи короткого замыкания;

5. Спроектировать однолинейную схему электроснабжения производственного цеха.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.0 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Характеристика объекта

Производственный цех занимается изготовлением различных деталей  и металлоконструкций, необходимых  для основного производства. В  состав цеха входят различные металлообрабатывающие  станки, сварочное и грузоподъёмное оборудование, вентиляторы. Мощность электроприёмников цеха составляет от 5 до 30 кВт. Электроприёмники работают в длительном (металлообрабатывающие станки, вентиляторы) и в повторно кратковременном режимах (грузоподъёмное оборудование ). Электроприёмники цеха работают на переменном 3-х фазном токе (металлообрабатывающие станки, вентиляторы, грузоподъёмное оборудование ) и однофазном токе (освещение). Электроприёмники цеха относятся к третьей категории по требуемой степени надёжности электроснабжения. Окружающая среда в цехе нормальная, поэтому всё оборудование в цехе выполнено в нормальном исполнении. Площадь цеха составляет 367м²

 Характеристика электрооборудования в табл. 1.1

 

         Таблица 1.1

№по плану	Наименование электроприёмников	Рном, кВт	Uном, кВ
1	2	3	4
7	Станок токарный	5	0,38
8	Станок токарный	5	0,38
9	Станок токарный	5	0,38
13	Станок токарный	5	0,38
14	Станок токарный	5	0.38
15	Станок токарный	5	0,38
20	Станок карусельный с ЧПУ	5	0,38
25	Станок фрезерный	5	0,38
28	Станок фрезерный	5	0,38

 

35	Станок фрезерный	30	0,38
37	Станок фрезерный	10	0,38
40	Вентилятор	10	0,38
43	Вентилятор	15	0,38
47	Кран – балка ПВ = 40%	11	0,38
48	Кран – балка ПВ = 40%	22	0,38
59	Вентилятор	7,5	0,38
60	Вентилятор	10	0,38

                                                                              Продолжение таблицы 1.1

 

На рис.1.1 представлен план проектируемого цеха 

 

 

 

 

Рис.1.1 План проектируемого цеха

 

1.2 Описание схемы электроснабжения

Электроснабжение производственного  цеха осуществляется от одно-трансформаторной подстанции 6/0,4кВ   с мощностью   трансформатора  160 кВА. В свою очередь ТП 6/0,4 кВ питается  по  кабельной линии ААБ 3х10, проложенной   в   земле, от вышестоящей двух трансформаторной  подстанции 110/6кВ с трансформаторами мощностью 2500кВА каждый, которая запитывается от энергосистемы по  одно-цепной воздушной линии А-70 

 На  стороне 6кВ   ТП    6/0,4 в качестве защитного коммутационного  оборудования установлены масляные  выключатели  и  разъединители.

 На стороне 0,4 кВ в качестве аппаратов защиты от  токов короткого замыкания установлены предохранители

 

1.3 Конструкция силовой и осветительной сети

 

Для приема и распределения электроэнергии в производственном цехе установлены  распределительные щиты.         

Электроприёмники  запитываются  от ШР проводом, проложенным в трубах

В качестве  аппаратов  защиты от токов короткого замыкания применены предохранители

Освещение цеха  выполнено  28-ю  светильниками РКУ с ртутными лампами высокого давления мощностью 400Вт

Осветительные сети выполняются проводом АПВ-2,5мм² проложенным в трубе

Питание рабочего освещения  производится от осветительного щитка  ОЩВ-12,  в  котором  в качестве аппаратов   защиты  от токов  короткого   замыкания  и   перегруза установлены автоматические выключатели

 

 

2.0 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

 

 2.1 Расчёт освещения

  Расчет освещения проводится по методу коэффициента использования светового потока. Расчет покажем на примере участка I. В качестве источника света примем к установке лампы ДРЛ мощностью 400 Вт

Число источников света определяется по формуле:

 

N =             (2.1)

 

где  Е_норм – нормированная освещённость, Е_норм= 300лк [1, табл. П 15]

Z – коэффициент, учитывающий снижение светового потока при эксплуатации, Z = 1,1 [1, С. 344]

К_з – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения светового   потока на освещаемой поверхности, К_з= 1,5 [1, табл.19.1]

S – площадь помещения, м²

Ф_л – световой поток одной лампы, Ф_л = 22000 лм, [2, табл.3.12]

U – коэффициент использования светового потока определяется в зависимости от типа светильника, лампы, коэффициентов отражения и показателя помещения i

Показатель помещения находим  по формуле:

 

i =                                                                             (2.2)

     

 где     i – показатель помещения

А – длина помещения, м

В – ширина помещения, м

Н_р – высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м

 

Для  светильника РКУ при ρ_n = 50%; ρ_c= 30%; ρ_p = 10% и i = 1,34   u = 0,48 [2,прил.5,табл.3]

где  ρ_n – коэффициент отражения от потолка, %

ρ_c – коэффициент отражения от стен, %

ρ_p – коэффициент отражения от рабочей поверхности, %

определяем по формуле (1) число  ламп:

N =

Находим число светильников аварийного освещения (25% от рабочего):

8·0,25=2 шт

Устанавливаем 8 светильников в 2 ряда по 4шт в ряду

Для  остальных  участков  расчёт  аналогичен, результаты сведены в  табл. 2.1

Наимен. участка	Eнорм Лк	Тип лампы	Площадь участка, м²	Фл Лм	u	N	Pp кВт	Qр кВар	Pуст кВт
I	300	ДРЛ - 400	181,7	22000	0,48	8	2,82	1,75	3,2
II	300	ДРЛ - 400	110,4	22000	0,43	6	2,11	1,31	2,4
III	300	ДРЛ - 400	7,8	22000	0,34	2	0,7	0,43	0,8
IV	300	ДРЛ - 400	12,6	22000	0,34	2	0,7	0,43	0,8
V	300	ДРЛ - 400	15,1	22000	0,36	3	1,06	0,66	1,2
VI	300	ДРЛ - 400	18,4	22000	0,38	4	1,41	0,87	1,6
VII	300	ДРЛ - 400	5,8	22000	0,34	2	0,7	0,43	0,8
ТП	300	ДРЛ - 400	14,9	22000	0,31	1	0,35	0,21	0,4

                                                            Таблица 2.1                                    

 

2.2 Расчёт электрических нагрузок

 

Расчёт  ведётся по узлу нагрузки методом  упорядоченных диаграмм по следующему алгоритму

а) Все  приёмники данного узла нагрузки делятся на характерные технологические группы

б) Для каждой группы по [3, табл. 4.1] находят коэффициент использования Ки, коэффициент активной мощности cosφ и реактивной по формуле:

 

 

       (2.3) 

 

в) Находим установленную мощность для каждой группы электроприёмников по формуле:

 

Р_уст = N ·                  (2.4)

 

 

 

где  N – число приёмников

P_ном – номинальная мощность приёмников, кВт

г) Для каждой технологической группы находят среднесменную активную Р_см и среднесменную реактивную Q_см мощности по формулам:

 

Р_см = К_и · Р_уст                                                                                (2.5)

Q_см = P_см · tgφ                                                                              (2.6)

 

д) По данному узлу нагрузки находят  суммарную установленную мощность, суммарную среднесменную активную мощность и суммарную среднесменную  реактивную мощность:

 

ΣР_уст;  ΣР_см;  ΣQ_см

 

е) Определяют групповой коэффициент  использования по формуле:

 

К_и.гр =   ΣР_см / ΣQ_см                                                                                                  (2.7)

                                                                                                                 где ΣР_см – суммарная среднесменная активная мощность, кВт;

ΣQ_см – суммарная среднесменная реактивная мощность, кВар

ж) Определяют модуль нагрузки по формуле:

 

                                                                                     (2.8)

 

где  Р_ном.max – активная номинальная мощность наибольшего приёмника в группе, кВт

Р_ном.min – активная номинальная мощность наименьшего приёмника в группе, кВт

з) Определяют эффективное число приёмников по условию:

если m ≤ 3, n ≥ 4, то n_э = n; при m > 3, К_и.гр < 0,2, эффективное число приёмников определяют в следующем порядке:

1) выбирается наибольший по мощности  электроприёмник рассматриваемого узла

2) выбираются электроприёмники, мощность каждого из которых равна или больше половины наибольшего по мощности электроприёмника

3) подсчитывают их число n′ и их суммарную номинальную мощность Р′_ном

4) определяют суммарную номинальную  мощность всех рабочих электроприёмников рассматриваемого узла Р_ном∑ и их число n

5) находят n′_* и Р′_ном*:                                                                                 

 

n′_* = n′ / n                                                                                     (2.9)

Р′_ном* = Р′_ном / Р_ном∑                                                                     (2.10)

 

6) по n′_* и Р′_ном* определяют n′_э* по графику [3, стр. 4]

7) находят n_э:

                                                                                                                                                                      

n_э = n′_э* · n                                                                           (2.11)

 

и) Определяют, в зависимости от группового коэффициента использования  и эффективного числа электроприёмников, коэффициент максимума К_м  по графическим зависимостям или [4, табл 2-7]    

к) Определяют расчётную активную мощность по формуле:

 

Р_м =  К_м · ΣР_см                                                                            (2.12)

 

л) Определяют расчётную реактивную мощность по формуле:

 

если n_э ≤ 10, то Q_м = L_м · ΣQ_см                                                     (2.13)

если n_э > 10, то Q_м = ΣQ_см                                                          (2.14)

 

где  L_м – коэффициент максимума реактивной мощности, L_м = 1,1

м) Определяют полную расчётную нагрузку S_м по формуле:

 

        

S_м =              (2.15)

 

н) Определяем расчетный ток I по формуле:

                                                                              (2.16)

где  U – номинальное напряжение электроприёмников, кВ

 

Активная расчётная нагрузка освещения  определяется по формуле:

 

Р_р.о = К_с · Р_уст                                                                                (2.17)

 

где  К_с – коэффициент спроса, К_с = 0,8 [2]

по формуле (2.4):

 

Р_уст = 28 · 0,4 = 11,2 кВт

 

Р_р.о = 0,8 · 11,2 = 8,96 кВт

 

По формуле (2.3) находим:

tgφ = 0,62

по формуле (2.6) находим расчётную  реактивную осветительную нагрузку:

Q_р.о = 8,96 · 0,62 = 5,6 кВАр

 

Полная нагрузка на шинах 0,38 кВ ТП определяется по формуле:

 

          _______________________

S_р = √ (P_м∑ + Р_р.о)² + (Q_м∑ + Q_р.о)²                                                (2.18)

 

 

где  P_м∑ – суммарная силовая нагрузка на шинах 0,38 кВ ТП, кВт

Q_м∑ – суммарная реактивная нагрузка на шинах 0,38 кВ ТП, кВАр

Результаты расчёта для всех узлов нагрузки сведены в табл. 2.2

Наим. узла гр. ЭП		Руст   кВт		N		Рном  кВт		Ки		cosφ  tgφ		Pcм  кВт		Qсм кВар		m		nэ		Км		Рм кВт		Qм кВар		S кВ·А		I      А
1		2		3		4		5		6		7		8		9		10		11		12		13		14		15
1)  станки               фрезерные		30		2		15		0,16		0,5     1,73		4,8		8,3
2)  станок  токарный		5		1		5		0,12		0,4     2,35		0,6		1,4
3)  станок  карус.  с ЧПУ		30		1		30		0,16		0,5     1,73		4,8		8,3
4)  кран-балка ПВ=40%		13,9		1		22		0,1		0,5      1,73		1,39		2,4
На  шинах   ШР-1		78,9						0,13				11,59		20,4		6		4,5		3,33		38,59		22,44		44,64		67,82
1)  станки фрезерные	20		2		10		0,12		0,4   2,35		4,8		8,3
2) Вентиляторы	15		2		7,5		0,65		0,8   1,73		0,6		1,4
На шинах ШР-2	35						0,35				12,15		22,5		1,3		4		2		24,3		24,75		34,7		52,7
1) станки  токарные	25		5		5		0,12		0,4   2,35		3		7,1
2) Вентиляторы	20		2		10		0,65		0,8   1,73		13		22,5
3) кран-балка ПВ=40%	17		1		11		0,1		0,5   1,73		1,7		2,9
На шинах ШР-3	62						0,29				17,7		32,5		1,5		8		1,72		30,44		35,75		47		71,2
Освещение																					8,96		5,6
На шинах  0,38  ТП																					103,18		89,03

                                                                                           Таблица 2.2

 

2.3.Компенсация  реактивной мощности

 

Мощность компенсирующего устройства вычисляется по формуле:

 

Q_ку = α · ΣР_расч (tgφ_ср.взв  - tgφ_с)                                                   (2.19)

 

где  α – коэффициент, учитывающий  возможность компенсации  реактивной

мощности естественными способами, α = 0,9 [4]

ΣР_расч – суммарная расчётная активная нагрузка, кВт

tgφ_с – коэффициент реактивной мощности, который необходимо достичь после

компенсации реактивной мощности, по заданию: tgφ_с = 0,45.

tgφ_ср.взв – средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности, вычисляется по формуле:

                                                                               

                                                                (2.20)

 

где  ΣQ_расч – суммарная расчётная реактивная нагрузка

 

=38,7 кВар

                                  

Полная  расчётная нагрузка на шинах 0,38 кВ трансформаторной подстанции с учётом компенсации реактивной мощности вычисляется по формуле:

 

           

                                             (2.21)

 

        

 

2.4.Выбор числа и мощности  трансформаторов питающей подстанции

 

Так как  электроприёмники производственного цеха относятся к потребителям 3 категории по требуемой степени надёжности электроснабжения, то на подстанции можно установить 1 трансформатор

В соответствии с нагрузкой намечаем 2 варианта мощности трансформаторов:

1 вар  – 1 X 160 кВА

2 вар  – 2 X 63 кВА

Покажем расчёт на примере 2 варианта

Проверяем трансформаторы по нормальному режиму. Находим

коэффициент загрузки трансформаторов:

 

                                                                                  (2.22)

          

где  S_нагр – полная мощность нагрузки, кВА

N – число устанавливаемых трансформаторов

S_ном.тр – номинальная мощность одного трансформатора, кВ·А

 

К_з =

 

Проверяем работу трансформаторов  в аварийном режиме. Масляные трансформаторы допускают в аварийном режиме перегрузку на 40% 6 часов в сутки в течении 5-ти суток

При отключении одного трансформатора, второй с учётом допустит перегрузки:

1,4 ·  63 = 88,2 кВА

 

Дефицит мощности составит:

 

115,1 - 88,2 = 26,9 кВА

 

но т.к. электроприёмники являются потребителями 3-ей категории по надёжности электроснабжения, то часть их можно на время аварии отключить

Проверяем работу трансформаторов  по экономически целесообразному режиму

Определяем стоимость потерь энергии  по формуле:

 

С_n=С_о·N·T_м[(ΔР_х.х+К_и.п·I_х.х·)+К_з²·(ΔР_к.з+К_ип·U_к·]         (2.23)

 

где  С_о – стоимость одного кВт·ч, на текущий 2013г, С_о = 0,81 тн/кВт·ч

Т_м – число использования максимума нагрузки, ч [3, с. 38]

К_и.п – Коэффициент изменения потерь, К_и.п = 0,03 кВт/кВАр [6]

ΔР_х.х – потери мощности холостого хода, ΔР_х.х = 0,24кВт [6,табл.27 27.6]

I_х.х – ток холостого хода, I_х.х = 2,8% [6, табл. 27.6]

ΔР_к.з – потери мощности короткого замыкания, ΔР_к.з = 1,28кВт [6, табл. 27.6]

U_к  – напряжение короткого замыкания, U_к = 4,5% [6, табл. 27.6]

 

С_n = 4643,73

Определяем  капитальные затраты по формуле:

 

К = N · С_тр                                                                                        (2.24)

где  С_тр – стоимость трансформатора, С_тр = 31 тн [6, табл. 27.6]

Находим амортизационные затраты  С_а:

 

 С_а = К_а · К                                                                                   (2.25)

                                                                                                

где К_а – коэффициент учитывающий отчисления на амортизацию и  эксплуатацию, для трансформаторов К_а= 0,12 [6]

Находим суммарные ежегодные затраты:

 

 С_∑ = С_n + С_а                                                                                  (2.26)

                                                                                                      

Для первого варианта результаты сведены в табл. 2.3

            Таблица 2.3

Наименование параметров	Вариант1 1 x 160 кВ·А	Вариант 2 2 x 63 кВ·А
1	2	3
Кз	0,72	0,91
ΔРх.х кВт	0,51	0,24
ΔРк.з кВт	2,65	1,28
Uк, %	4,5	4,5
Iх.х, %	2,4	2,8
Тм, ч	2000	2000
Со, тн/кВт∙ч	0,81	0,81
Сn, тн	3434,4	4643,7
Стр, тн	550	310
К, тн	550	620
Ка, тн	0,12	0,12
Са, тн	66	74,4
С∑, тн	3500,4	4718,1

Так как С_∑II > С_∑I и К_II > К_I , то выбираем I вариант – 1 X 160 кВА, как более экономичный

2.5.Выбор места расположения  питающей подстанции

Место расположения ШР определяется по картограммам нагрузок в зависимости от мощности, запитанных от него электроприёмников.

Распределительные шкафы и цеховую  трансформаторную подстанцию целесообразно  устанавливать в центре  электрических  нагрузок (ЦЭН). Координаты ЦЭН определяют по формуле:

 

Х_цэн =                                                                                     (2.27)

                                                       

Y_цэн =                                                                                        (2.28)

 

 

где Хi – координата i – го электроприёмника по оси абсцисс, м;

Yi – координата i – го электроприёмника по оси ординат, м;

Р_ном.i – номинальная мощность i – го электроприёмника, кВт.

Расчёт  покажем на примере ШР – 1:

Х_цэн  = = 26,1м

Y_цэн  = = 8,1м

Для остальных расчет аналогичный  результаты сведены в таблице 2.4

НомерШР	Расчётные координаты		Координаты установки
	X	Y	X	Y
ШР - 1	26,1	8,1	27	7
ШР - 2	25,2	2,5	25,2	1,4
ШР - 3	8,9	12,8	10,8	12,8

Таблица 2.4

 

2.6. Расчёт сети 0,38кВ

 

Выбор аппаратов защиты

Выбор сечения проводника для отдельного электроприёмника покажем на примере токарного станка №13. Сечение питающего проводника выбираем по допустимому нагреву:

 

  I_доп ≥ I_р                                                                                           (2.29)

 

где  I_доп – допустимый ток проводника,  определяется сечением