Электроснабжение электромеханического цеха. 5

 

БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО ОКРУГА-ЮГРЫ

«ЮГОРСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  КОЛЛЕДЖ»

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Электроснабжение  электромеханического цеха

КП ЭСН 140613.07.17.10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

Введение………………………………………………………………………………5

  1. Общая часть
  2. 1.1 Характеристика объекта электроснабжения, электрических нагрузок и его технологического процесса ………………………………………………..7

1.2 Классификация здания  объекта по взрывобезопасности, пожаробезопасности и электробезопасности………………………………………………………8

  1. Расчётная часть
    1. Расчёт электрических нагрузок ………………………………………..10
    2. Расчёт и выбор компенсирующих устройств…………………………14
    3. Выбор трансформатора…………………………………………………16
    4. Выбор питающей линии………………………………………………..18
    5. Расчёт и выбор аппаратов защиты…………………………………….25
    6. Расчёт токов короткого замыкания……………………………………28


    1. Расчёт заземляющего устройства электроустановок……………34
  1. Заключение.

 

4.Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Введение.

 Первое место по  количеству потребляемой электроэнергии  принадлежит промышленности, на  долю которого приходится более  60% вырабатываемой в стране энергии.  С помощью электрической энергии  приводятся в движение миллионы  станков и механизмов, освещение  помещений, осуществляется автоматическое  управление технологическими процессами. Существуют технологии, где электроэнергия  является единственным энергоносителем.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось  благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем перехода на энергосберегающие  технологии производства; совершенствования  энергетического оборудования, реконструкции  устаревшего оборудования; сокращения всех видов энергетических потерь и  повышение уровня использования  вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение  органического топлива другими  энергоносителями, в первую очередь  ядерной и гидравлической энергией. Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения  существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту  в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в  первую очередь, относится повышение  надежности электроснабжения, так как  внезапное, иногда даже весьма кратковременное  прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам  в производстве. Но повышение надежности связано с увеличением стоимости  системы электроснабжения, поэтому  важной задачей должно считаться  определение оптимальных показателей  надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения. Также важной задачей является обеспечение  требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит, помимо прочих нежелательных явлений, к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так  и в сети. Важное значение приобрело  измерение показателей качества электроэнергии. За последние десятилетия  достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых 


электрических и конструкционных  материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий.

Объект исследования –  цех металлорежущих станков.

Предмет исследования –  проектирование электроснабжения цеха металлорежущих станков.

Целью данного курсового  проекта является овладение основами проектирования электроснабжения цеха металлорежущих станков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая часть.

1.1 Характеристика объекта  электроснабжения, электрических нагрузок  и его технологического процесса

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

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


Транспортные операции выполняются кран-балкой и наземными электротележками. Цех получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от главной понизительной подстанции (ГПП) завода. Подводимое напряжение – 10 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии 15 км.

Потребители электроэнергии относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.

1) Приемники 2 категории – перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники 2 категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;

2) Приемники 3 категории – остальные приемники, неподходящие под определение 1и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.

Количество рабочих смен – 3. Грунт в районе цеха – глина  при температуре +5 ° С.

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

Размеры цеха A*B*H=50*30*8 м. Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.

 

1.2 Классификация здания  объекта по взрывобезопасности, пожаробезопасности и электробезопасности:

Цех металлорежущих станков  по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.


По электробезопасности  цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе много  токоведущих частиц (пыли, стружки  и т.д.) металла, которые оседают  на ЭО. Также возможно соприкосновение  обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.

Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный  и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это  режим, при котором превышение температуры  нагрева электроприемниках над температурой окружающей среды достигает определенной величины. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.

Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями  и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы  станков и другого оборудования.

Повторно-кратковременный режим – это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.

В этом режиме работают грузоподъемные механизмы, прокатные станы и  сварочные аппараты.

 

 


Таблица 2.1 Перечень электрооборудования

оборудование

мощность Рэп,кВт

примечание

эл. Привод раздвижных ворот

3,5

1 фазный ПВ=25%

универсальные заточные станки

2,5

  

заточные станки для червячных  фрез

7

  

резьбошлифовальные станки

4,8

  

заточные станки для фрезерных  головок

3

  

круглошлифовальные станки

10,2

  

токарные станки

6,5

  

вентиляторы

4

  

плоскошлифовальные станки

38

  

внутришлифовальные станки

8,9

  

кран-балка

10

ПВ=40%

заточные станки

3,2

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Расчёт электрических  нагрузок

Разбиваем все ЭП на подгруппы по распределительным устройствам. Рассчитываем электрические нагрузки по формулам:

 

 

 

Где:

-максимальная  активная нагрузка, кВт

-максимальная  реактивная нагрузка, квар


-максимальная  полная нагрузка, кВ∙А

-коэффициент  максимума активной нагрузки

- коэффициент  максимума реактивной нагрузки

-средняя активная мощность за более нагруженную смену, кВт

- средняя реактивная  мощность за более нагруженную  смену, квар

Для одного ЭП:

Активная                                      ,кВт

Реактивная                                 , квар

Суммарная:

Активная                                       ,кВт

Реактивная                                 , квар

Где :

-коэффициент использования электроприёмников, определяется на основании опыта эксплуатации, задан в исходных данных 


-номинальная активная  групповая мощность приведённая  к длительному режиму, без учёта  резервных электроприёмников, кВт;

-коэффициент  реактивной мощности 

 

Где:

 -коэффициент активной мощности

Приведение  мощностей трёхфазных электроприемников  к длительному режиму:

Для трёхфазных ЭП длительного режима работы:

 

Для трёхфазных  ЭП повторно- кратковременного режима работы:

 

Для трансформаторов длительного  режима работы:

,

Где:

-паспортная активная  мощность, кВт

-полная паспортная  мощность, кВ∙А

ПВ- продолжительность включения, в относительных единицах

 

 

 

По участку 

  1. Определяем средние активные и реактивные мощности за наиболее нагруженную смену                для каждого ЭП

 

 

  

 

по участку 

 

    

Определение показателя силовой  сборки в группе:

 

Определение среднего коэффициента использования группы электроприёмников 


 

Определение эффективного числа  ЭП по таблице 1.5.

 

2.1.9. Определяем расчетные максимальные активные, реактивные и полные мощности.

2.1.13. Определяем коэффициент активной и реактивной мощности.

             


Результаты расчетов занесены в сводную ведомость нагрузок по цеху (табл. 1.3.).

 


2.2.Расчёт и  выбор компенсирующего устройства

По опыту эксплуатации электрических сетей оптимальные  экономические показатели сети получаются при коэффициенте активной мощности . Компенсация реактивной мощности проводится для увеличения коэффициента активной мощности до нормативного значения путём установки компенсирующих устройств. Расчётная реактивная мощность КУ:

, квар

Где:

 – коэффициент, учитывающий повышение естественным способом принимается

- коэффициент реактивной  мощности принимаем , тогда

-максимальная активная  мощность группы.

ЭП принимается по результатам  расчётов:

 

Выбираем из таблицы 10.7 Москаленко КУ:

УКМ-58-04-67-33,3У3, кВ,

 

 

Реактивная мощность группы после установки КУ:

=

Полная максимальная мощность цеха после компенсации:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 


Выбор силовых  трансформаторов.

Ближайшие стандартное значение мощности трансформатора определяется из условия

 

Где:

-максимальная  полная мощность потребителя,  выбирается по справочнику трансформатора.

Коэффициент загрузки трансформатора:

 

Потери мощности в трансформаторе:

, кВ∙А

, кВт

Где:

- потери активной мощности  в трансфораторе

-потери холостого  ход, кВт

-потери короткого  замыкания, кВт

-потери реактивной мощности  в трансформаторе

, квар

Где:

-ток холостого  хода, %

-напряжение КЗ,%

По таблице 6.1 выбираем трансформатор:

ТМ-250/10, , , , , ,

 

 

 


Расчётная нагрузка ТП:

Активная расчётная мощность

 

реактивная расчётная  мощность

 

полная расчётная мощность

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт и выбор  питающей линии.

Ток на стороне ВН:

 

Необходимое сечение воздушной  линии по экономической плотности  тока:

 

Где:

- экономическая  плотность тока, выбирается по  таблице (ПУЭ) для заданных  условий работы.


По таблице 3.18 выбираем провод марки АС (провод состоящий из стального  сердечника и алюминиевых проволок): сечение 10/1,8 , марка провода АС, вне помещений 84 А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Расчёт и выбор  аппаратов защиты.

Для защиты линий, отходящих  от ТП и магистралей, от токов КЗ и перегрузки выбираются аппараты защиты. Для их выбора необходимо знать ток  в линии где установлен аппарат; тип аппарата и число фаз.

Токи в линии определяются по следующим формулам:

 

Где:

- номинальная  мощность трансформатора, кВ∙А

- номинальное  напряжение трансформатора, кВ (принимается равное 0,4)

 

Для линии к РУ.

Где - максимальная расчётная мощность РУ, кВ А

- номинальное  напряжение РУ, кВ.

Принимается

 

Автоматы выбираются согласно условиям:

- для линии  без ЭД

- для линии  с одним ЭД          - для групповой линии с несколькими ЭД         Где – номинальный ток автомата, А;

 – номинальный  ток расцепителя, А;

 

- длительный  ток в линии, А;


- максимальный  ток в линии, А;

- номинальное  напряжение автомата, В;

- напряжение  в сети, В;

 

Линия после ТР

 А

для РУ:

 

Для остальных РУ по этой же формуле

Выбираем автоматический выключатель серии ВА. (Табл.А.6.стр184)

ВА-53-41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2.5  Выбор схемы внутрицехового электроснабжения

 

Для питания потребителей электроэнергии цеха выбираем  разветвленную  радиальную схему электроснабжения. (Рис. 2). Данная схема предполагает подключение  электроприемников к распределительному пункту и подключение  распределительных  пунктов к одному распределительному пункту трансформатора.

 

 

 

 

 

2.6  Расчет и выбор аппаратов защиты распределительной сети


2.6.1. Выбор проводов и кабелей

Определяем площади сечений  проводников внутрицеховой системы  электроснабжения.

Сечение проводников определяется по допустимому току нагреву.

где - нагрузочный ток линии;

- допустимый ток нагрева, значения  приведены в ПУЭ.

Для внутренней сети выбираем провода с алюминиевыми жилами с  поливинилхлоридной изоляцией [табл. 1.3.7, 3], кабели в поливинилхлоридной оболочке, проложенные открыто в лотках для подключения электроприемников  цеха. Для подключения трансформаторного  распределительного устройства к трансформатору выбираем алюминиевую шину прямоугольного сечения.  [табл. 1.3.29, 3].

По допустимому току нагрева  выбираем сечение провода или  кабеля, по справочнику выбираем тип  проводника. Результаты занесены в  таблицу 1.6.

Таблица 2.5 Тип и сечение распределительных проводников

 

 

 

 

 

линия

Iдл(Imax)

сечение проводника на фазу,S,мм2

тип проводника

Iдоп,А

РП1

25

2,5

АВВГ 3*2,5

29

РП2

256,5

120

АВВГ 3*120

295

РП3

88,7

16

АВВГ 3*16

90

РП4

30,7

4

АВВГ 3*4

38

РП5

44,8

6

АВВГ 3*6

46

РП6

39,8

6

АВВГ 3*6

46

РП7

86,6

16

АВВГ 3*16

90

ЩО

21,4

2,5

АВВГ 3*2,5

29

Т-РУ

84

10/1,8

АВВГ 3*

  
         


 

 

 

 

 

 

 

 

2.6.3. Выбор распределительных устройств.

Для распределения электроэнергии и защиты электроустановок при перегрузках  и коротких замыканиях на участке  устанавливаем распределительные  пункты ПР. Они изготовлены в виде шкафов различного исполнения со встроенными  и автоматическими выключателями  типа ВА. Выбираем распределительные  пункты серии ПР 85 напольного исполнения с вводом кабеля сверху или снизу  проводами, кабелями в резиновой  или пластмассовой изоляции, снизу - кабелями в бумажной изоляции, климатическое  исполнение – У (для умеренного климата), категория размещения – З (для  закрытых неотапливаемых помещений).

 

 

Таблица 2.6 Тип распределительных устройств

обозначение на схеме

число ЭП

расчётный ток,Iдл(Imax),A

марка распределительного пункта

техничкские характеристики

номинальный ток Iдл(Imax),A

рабочий ток Iр,А

количество трёхполюсных выключателей

РП1

4

25

ПР85-3003-21-У3

160

120

1

РП2

4

256,5

ПР85-3001-21-У3

400

320

2

РП3

5

88,7

ПР85-3003-21-У3

160

120

1

РП4

1

30,7

ПР85-3003-21-У3

160

120

1

РП5

9

44,8

ПР85-3003-21-У3

160

120

1

РП6

8

39,8

ПР85-3003-21-У3

160

120

1

РП7

10

86,6

ПР85-3003-21-У3

160

120

1

ЩО

1

21,4

ПР85-3003-21-У3

160

120

1


 

 


 

 

 

 


2.7  Расчет и выбор аппаратов защиты.

Для защиты линий, отходящих  от ТП, от токов короткого замыкания  и перегрузки выбираем автоматы типа ВА. Они выбираются из условия:

Iн.а.≥ Iн.р.;                             Uн.а. ≥ Uс,

где Iн.а., Uн.а. - номинальные ток и напряжение автомата;

      Uс – напряжение сети, В;

      Iн.р. - номинальный ток расцепителя, определяется из условия:

              Iн.р.≥ Iдл – для линии без электродвигателей;

              Iн.р.≥ 1,25 Iдл – для линии с одним электродвигателем;

              Iн.р.≥ 1,1 Imax – для групповой линии с несколькими  электродвигателями;

     Iдл – длительный ток в линии, А, принимаем Iдл = Iном,

где Iном – номинальный ток, определяется по формуле:

для линии без электродвигателей:       Iном = ;

для линии с одним электродвигателем:        Iном = ;     

       Imax – максимальный (расчетный) ток в линии, А:

Imax =

.

Кратность отсечки Ко выбирается согласно условию

Ко ≥ Io/ Iн.р.,

где Io – ток отсечки, А:

              Iо ≥ Iном – для линии без электродвигателей;

              Iо ≥ 1,2 Iпуск – для линии с одним электродвигателем;


              Iо ≥ 1,2 Iпик – для групповой линии с несколькими электродвигателями;

     Iпуск – пусковой ток, А. Для асинхронных двигателей принимаем

Iпуск = 6 Iном, для крановых электродвигателей Iпуск = 7,5 Iном;

     Iпик – пиковый ток, А:

Iпик = Iпуск.нб + Imax – kи∙ Iном.нб,

где Iпуск.нб и Iном.нб – пусковой и номинальный токи наибольшего по мощности электродвигателя в группе.

 

Для линии сразу после  трансформатора ток в линии определяется по формуле:

Iт =

Результаты расчетов, марки  выбранных аппаратов и их технические  характеристики [табл. А.6., 1] приведены  в таблице 1.8.

 

 

 

 

 

 

 

 

Линия

обозначение

расчётные значения

технические характеристики

Iдл (Imax),А

Iпуск (Iпик),А

Iрасц,А

Iо,А

Ко

марка

Iн.а.,А

Iн.р.,А

kу.т.р.

kу. эмр

Iоткл,кА

РП-РУ1

SF2

25

66,78

27,5

83,48

10,99

ВА 51-25-3

25

27,5

1,2

14

3

РП-РУ2

SF3

256,5

891,59

282,2

1114,48

9,65

ВА 51-37-3

400

282,2

1,25

10

25

РП-РУ3

SF4 

88,7

723,79

97,6

904,73

7,84

ВА 51-31-3

100

97,57

1,35

10

2

РП-РУ4

SF5 

30,7

197,83

33,8

247,28

8,14

ВА 51-31-3

100

33,77

1,35

10

2

РП-РУ5

SF6 

44,8

215,27

49,3

269,09

8,68

ВА 51-31-3

100

49,28

1,35

10

2

РП-РУ6

SF8 

39,8

156,79

43,8

195,99

9,21

ВА 51-31-3

100

43,78

1,35

10

2

РП-РУ7

SF9 

86,6

257,07

95,3

321,34

10,37

ВА 51-31-3

100

95,26

1,35

10

2

ЩО

SF8

21,4

191,87

23,5

239,84

7,74

ВА 51-25-3

25

23,54

1,2

14

3

Т-РП

SF1 

360,8

995,89

396,9

1244,86

10,78

ВА 51-37-3

400

396,9

1,25

10

25


 

 

 


2.9 Расчет  токов короткого замыкания

 

2.9.1. По расчетной схеме  выбираем точки КЗ (рис.3) и составляем  схему замещения (рис.4 - 9.) 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 10.Схема замещения 


2.9.2. Расчет сопротивлений.

 

Наружная ВЛ АС-3 10/1,8;  

где - удельное индуктивное сопротивление для воздушных линий,

.

Внутрицеховая АВВГ ,

активное сопротивление:

;

;

.

Приводим сопротивления  ВЛ и КЛ к базовому напряжению; за базовое напряжение принимается 

 

 

Для трансформатора ТМ 160/10 [табл.1.9.1, 1].


Шина ШРА 630,по таблице 1.9.7:

, ,

;

;

где - удельное индуктивное сопротивление для шины.

Для ступеней распределения  по таблице 1.9.4:

,

Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления  на участках между токами КЗ

 

Рис. 11. Упрощенная схема  замещения.


2.9.4. Вычисляем сопротивления линии до каждой точки КЗ.

                     

     
   

.

             2.9.6. Коэффициент действующего значения ударного тока:

 

.

2.9.7. Токи трехфазного КЗ:

2.9.8. Действующие значения ударного тока:

2.9.9. Амплитудные значения ударного тока:

 

2.9.10. Токи двухфазного КЗ:

 

 

 

 

 

 

Точка КЗ

Rк, мОм

Xк, мОм

Zк мОм

Rк/Xк

Ку

q

, кА

          ,кА

iу, кА

, кА

                     

K1

31,85

28,67

42,85

1,111

1

1

5,39

5,39

7,621

4,667

                     

K3

25,55

0,79

25,56

32,34

1

1

8,58

8,58

12,14

7,433

                     

K3

8,8

5,88

10,58

1,497

1

1

20,73

20,7

29,32

17,95

                     

K3

9,85

5,12

11,1

1,924

1

1

19,76

19,8

27,95

17,12

                     

K3

90

7,54

90,32

11,94

1

1

2,43

2,43

3,435

2,104

                     

K3

66,65

4,62

66,81

14,43

1

1

3,28

3,28

4,644

2,844

                     

K3

53,05

52,2

74,43

1,016

1

1

2,95

2,95

4,169

2,553

                     

K3

23,6

4,916

24,11

4,801

1

1

9,10

9,1

12,87

7,882