Электроснабжение и электрооборудование механического цеха

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. А.Н.ТУПОЛЕВА ЕЛАБУЖСКИЙ ФИЛИАЛ

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Внутризаводское электроснабжение и  режимы»

Тема проекта: «Электроснабжение и электрооборудование  механического цеха»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Елабуга, 2010

 

Содержание

 Введение…………………………………………………………………….….4

1.  Характеристика  потребителей электрической энергии.………………………………………………………………………….7

1.1.  Характеристика  по режиму работы приёмников………………………………………………………………....7

1.2. Характеристика потребителей по степени бесперебойности электроснабжения……………………………………………………….....8

2.  Характеристика  среды цеха…………..……………..……………….…...10

3. Определение  расчетной мощности и нагрузок  методом упорядоченных диаграмм……………………………….……………..………………………...11

4.Оперделение места расположения цеховой подстанции, типа трансформаторов, их количества и мощность на основе технического расчета………………………………………………..………………………….16

4.1 Выбор типа и числа  трансформаторов………………………………..16

4.2 Технический расчёт и выбор  трансформатора……………………….18

5. Определение  центра электрических нагрузок …………………….……19

6. Выбор схемы электроснабжения  цеха………………………….….….…..23

7. Расчет токов короткого  замыкания…………………………….….……..28

8. Обоснование и выбор напряжения распределения электроэнергии…..................................................................................31

9. Расчет и выбор параметров схемы…………………………..………......31

9.1. Определение расчётной нагрузки на питающую

линию ТП-СП1………………………………………………………........31

9.2. Выбор типа  кабеля  питающего СП.…………………….………....35

9.3. Выбор марки и сечения проводов питающих непосредственно приёмники электроэнергии………………………………………………36

10. Выбор электрических аппаратов и согласования выбранного

 сечения  провода с электрическими аппаратами………………………...38

 

10.1. Выбор автоматических выключателей ……………………………38

10.2. Выбор выключателей для электроприемников……………………41

10.3 Выбор магнитных пускателей………………………………………43

11. Описание принятой схемы………………………………………………45

Список литературы……………………………………………………46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Системой электроснабжения называют совокупность устройств, для производства, передачи и распределения электрической энергии.

Основными потребителями  электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют  более половины всей вырабатываемой энергии.

Ввод в действие новых  предприятий, расширение существующих, рост энерговооруженности, широкое  внедрение различных видов электротехнологий во всех отраслях производств выдвигают проблему их рационального электроснабжения.

Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования, надежных экономичных аппаратах, прогрессивных конструкциях схем питания, широком применении автоматизации.

Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий велось в централизованном порядке в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования возникли типовые решения. В настоящее время созданы методы расчёта и проектирования цеховых сетей, выбора мощности трансформаторов, методика определения электрических нагрузок, выбора напряжения, сечений проводов и жил кабелей и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ.

 Участок механосборочного цеха (УМЦ) предназначен для выпуска передней оси и заднего моста грузовых автомобилей.

Цех является составной  частью производства машиностроительного  завода,

УМЦ предусматривает  производственные, вспомогательные, служебные  и бытовые помещения.

УМЦ получает электроснабжение (ЭСН) от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,5 км от подстанции глубокого ввода (ПГВ) завода. Подводимое напряжение — 6,10 или 35 кВ.

ПГВ подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии

8 км

Потребители ЭЭ относятся  к 2 и 3 категории надежности ЭСН.

Количество рабочих  смен — 2.

Грунт в районе цеха —  глина с температурой -1-5 °С. Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 6 и 8 м каждый.

Размеры участка  Л х В х Н— 50 х 30 х 9 м.

Все помещения, кроме  станочного отделения, двухэтажные высотой 4,2 м,

Перечень ЭО участка  механосборочного цеха дан в таблице 

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.

 

 

 

 

 

 

 

               1.  Характеристика потребителей электрической энергии.

1.1.  Характеристика по режиму работы приёмников.

Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электрической  энергии

потребляется промышленными  предприятиями.

Приёмники данного металлообрабатывающего предприятия можно 

разделить на группы:

- Приёмники трёхфазного  тока напряжением до 1000 В.частотой 50 Гц.

- Приёмники однофазного  тока напряжением до 1000 В.частотой 50 Гц.

- Приёмники постоянного  тока, питаемые от преобразовательных  подстанций и подстанций.

 

Приёмники цехов могут  быть подразделены на группы по сходству

режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки:

1. Приёмники, работающие  в режиме с продолжительно  неизменной или мало меняющейся  нагрузкой. В этом режиме электрическая  машина или аппарат может работать  продолжительное время без повышения  температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой.

 

2.Приёмники, работающие  в режиме повторно – кратковременной  нагрузки. В этом режиме кратковременные  рабочие периоды машины или  аппарата чередуются с кратковременными  периодами отключения. Повторно  – кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения и длительностью цикла.

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Характеристика потребителей по степени бесперебойности электроснабжения.

С точки зрения обеспечения  надёжного и бесперебойного питания,

преемники электрической энергии делятся на три категории.

 

К 1 категории относят электроприёмники, перерыв электроснабжения

которых может повлечь  за собой: опасность для жизни  людей, значительный ущерб народному  хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Электроприёмники должны обеспечиваться электропитанием от 2 и более источников, причём перерыв в электроснабжении допускается на время АВР 1 – 2 сек.

 

Во 2 категорию входят электроприёмники, перерыв электроснабжения

которых приводит к массовому  недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного  транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Для приёмников перерыв питания допускается на время необходимое для включения резерва, но не более 1 – 2ч.

 

К 3 категории относят все остальные электроприёмники, не подходящие

под определение к 1 и 2 категорий. Это главным образом различные вспомогательные механизмы в основных цехах, цеха несерийного производства. Перерыв на всё время ремонта, но не более чем на 1 сутки.

 

 

 

 

 

Перечень ЭО участка механосборочного цеха.

 

 

 

№ на плане

 

 

                      Наименование ЭО

 

 

  Рэп, кВт

 

 

Примечание

 

1...3

Наждачные станки

1,5

1 фазные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4... 6

Карусельно-фрезерные  станки

9,5

7,8

Вертикально-протяжные  станки

8,5

9..11

Токарные полуавтоматы

22

12..14

Продольно-фрезерные  станки

30

15,23

Горизонтально-расточные  станки

15,2

16,17

Вертикально-сверлильные  станки

6,5

18,19

Агрегатные горизонтально-сверлильные  станки

20

20,21

Агрегатные вертикально-сверлильные  станки

15

22,29

Шлифовально-обдирочные станки

5

24,25

Вентиляторы

4

26,27

Круглошлифовальные станки

2,8

28

Закалочная установка

20

30,31

Клепальная машина

5,5


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Характеристика  среды цеха.

В помещениях механосборочного цеха отсутствует химически активная или органическая среда, т.е. не содержаться агрессивные пары, газы, жидкости не образуются отложения или плесень.

В помещениях по технологическим  условиям производства не

выделяется технологическая  пыль в таком количестве, чтобы  она оседала на проводах или проникала бы внутрь машин или аппаратов.

Помещения в цеху не относятся  к взрывоопасным, поскольку объём 

взрывоопасной смеси  не превышает 5 % от свободного объема помещения. Помещения также нельзя отнести  к пожароопасным зонам. Поскольку  в пространстве внутри и вне помещений не обращаются или мало обращаются горючие (сгораемые) вещества в котором они могут находиться в нормальном технологическом процессе или при его нарушении.

Помещения в цеху относятся  к сухим помещениям, в которых 

относительная влажность воздуха не превышает 60 %. А при отсутствии различных вышеперечисленных агрессивных сред можно отнести помещения в цеху с нормальной средой.

 

Среда цеха характеризуется  как нормальная на основании следующих  параметров:

  1. относительная влажность воздуха не выше 60 % . ПУЭ 1.1.6.
  2. температура воздуха не выше 350 С ПУЭ 1.1.10.
  3. технологическая пыль отсутствует ПУЭ 1.1.11.
  4. агрессивные пары ,жидкости и газы не применяются ПУЭ 1.1.11

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение  расчетной мощности и нагрузок  методом упорядоченных диаграмм.

Электрические нагрузки являются исходными данными для  решения комплекса вопросов при проектировании системы электроснабжения цеха и в целом промышленного предприятия.

Определение электрических  нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения и производится для выбора трансформаторов цеховых ТП, токоведущих элементов, компенсирующих установок, защитных устройств и т.д.

Исходными данными для  определения электрических нагрузок являются количество и мощность приемников электроэнергии, находящихся в цехе, категория по степени надежности, характеристика помещений по окружающей среде.

Для определения расчетных  нагрузок групп электроприемников  цеха наибольшее применение получил  метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузки. Этот метод позволяет по номинальной мощности и характеристике приемников определить расчетный максимум нагрузки.

Расчет электрических  нагрузок ведется по длительному  режиму работы приемников. Установленная  мощность Ру, кВт, должна быть приведена к длительному режиму:

  • Для двигателей повторно-кратковременного режима:

где Ру - номинальная мощность, приведённая к длительному режиму, кВт;

Рн.п. – мощность электроприёмника, кВт;

ПВ – продолжительность  включения, относительные единицы;

  • Для трансформаторов сварочных машин и сварочных трансформаторов ручной сварки:

где Sн – паспортная мощность трансформатора, кВА;

Алгоритм метода упорядоченных диаграмм:

1.Все электроприемники разбиваются на характерные группы с одинаковым режимом работы, например: металлорежущие станки, насосы и вентиляторы, подъемно-транспортные устройства, электропечи и т.д.

2.По каждой характерной группе определяется суммарная номинальная мощность , в которую входят мощности при ПВ=100%.

3.Расчет нагрузок ведется за наиболее загруженную смену длительностью Тсм, для каждой группы приемников определяется средняя мощность

Сменные нагрузки определяем по формулам:

где Рнi – установленная (номинальная) мощность отдельных приемников;

Ки – коэффициент использования (Шеховцов табл.1.5.1 стр.24);

При отношении мощности большего приемника рассмотренного в группе к мощности наименьшего:

 допускается принимать 

Если     и , то эффективное число электроприемников определяется:

Средневзвешенное значение коэффициента КИ определяется:

где åPсм - сумма средних расчетных мощностей всех групп электроприемников.

Определяется среднее  значение Км (коэффициент максимума):

[справочник по эл. снабжению, стр.48, табл.2.6]

По найденным значениям  Ки и nэ  находим Км. [4. с.48, табл.2.6]

 

Расчетные мощности Pр, Qр, и Sр определяют по формулам:

При nэ 10; Qр=1,1SQсм

При nэ>10; Qр=SQсм

 

      Расчетные активные и реактивные нагрузки силовых приемников по цеху в целом определяются суммированием соответствующих нагрузок по группам.

Расчетная нагрузка осветительных  приемников цеха определяется по установленной  мощности и коэффициенту спроса:

 

где -коэффициент спроса для освещения, принимаемый по справочным данным 

-установленная мощность приемников электрического освещения, которая может быть определена по формуле

где  - площадь цеха, м2

       - удельная нагрузка Вт/ м2

    Полная расчетная  мощность силовых и осветительных  приемников без учета КУ определяется  из соотношения

 

Для примера рассчитаем электрическую  нагрузку наждачного станка:

1. Коэффициент использования  и определяются из справочных

данных: =0,5; =1,73;

N = 3; Рн = 1,5 кВт; ∑Рн = 4,5 кВт; Ки = 0.17

 

2.Среднее значение  активной мощности за максимально  загруженную смену.

Среднее значение реактивной мощности за наиболее нагруженную смену.

Аналогично проводится расчет для остальных электроприемников.

 

 

Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха определяется:

, где Ксо – коэффициент спроса по освещению

Установленная мощность приемников электроосвещения станочного отделения:

, где F – площадь цеха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование приемников

n

Заданная нагрузка, приведенная  к длительному режиму

m

Средняя нагрузка

Максимальная нагрузка

Рн, I, кВт

кВт

Ки

Cos φ

tg φ

, кВт

, кВар

,

кВт

, кВар

,

Наждачный

Карусельно фрезерный

Вертикально-протяжной

Токарный полуавтомат

Продольно- фрезерный 

Горизонтально расточный

Вертикально-сверлильный

Агрегатный горизонтально-сверлильный

Агрегатный вертикально-сверлильный

Шлифовально-обдирочный

Вентилятор

Круглошлифовальная

Закалочная установка

Клепальная

3

3

2

3

3

2

2

 

2

 

2

    2

2

2

1

2

1,5

9,5

8,5

22

30

15,2

6,5

 

20

 

15

5

4

2,8

20

5,5

4,5

28,5

17

66

90

30,4

13

 

40

 

30

10

8

5,6

20

11

0,17

0,17

0,17

0,17

0,17

0,17

0,17

 

0,17

 

0,17

0,17

  0,7

0,14

0,14

0,14

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

 

0,5

 

0,5

0,5

0,8

0,6

0,6

0,6

1,73

1,73

1,73

1,73

1,73

1,73

1,73

 

1,73

 

1,73

   1,73

0,75

1,33

1,33

1,33

  

0,8

4,8

2,9

11,2

15,3

5,2

2,2

 

6,8

 

5,1

1,7

5,6

0,8

2,8

1,5

1,9

8,3

5

19,4

26,5

9

3,8

 

11,8

 

8,8

3

4,2

1,1

3,7

2

-

-

 

-

 

-

 

-

-

-

-

 

-

-

-

 

-

 

-

 

-

-

-

-

 

-

-

-

 

-

 

-

 

-

-

-

-

 

-

-

-

 

-

 

-

 

-

-

-

-

 

-

-

-

 

-

 

-

 

-

-

-

-

 

-

Итого

31

30/1,5

374

0,2

0,54

1,57

20

66,7

108,5

31

1,34

89,4

145,4

170,7

Электрическое освещение

      

 

 		              

13,2

  

13,2

ИТОГО

      

 

 		              

102,6

145,4

179


 

 

4. Определение места расположения цеховой подстанции, типа трансформаторов, их количества и мощность на основе технического расчета.

На подстанциях всех напряжений, как правило, применяется  не более 

двух трансформаторов  по соображениям технической и экономической  целесообразности.

       Комплектные ЦТП  должны размещаться с наибольшим  приближением к центру питаемой ими нагрузки предпочтительно с некоторым смещением в сторону источника питания.

       Требования: а)минимум  занимаемой полезной площади  цеха; б)отсутствие помех производственному  процессу; в)соблюдение электрической  и пожарной безопасности.

 

 

4.1 Выбор типа и числа трансформаторов

 

1.Потери мощности в  цеховых трансформаторах

2. Определение расчётной  нагрузки с учётом потерь мощности  в ЦТП (без учёта компенсирующих  устройств).

3. Мощность компенсирующих  устройств

где α коэффициент учитывающий повышение cos φ естественным способом, принимаем α =0,9

Cos φк = 0,92…095, тогда tg φк =0,42

Выбираются компенсирующие устройства в виде конденсаторной установки

УКЛ (П)-0,38-150УЗ, число ступеней регулирования – 1. [4, стр.200, табл. 16.1]

Выбор автоматического выключателя  для КУ:

Выбираем автоматический выключатель типа ВА51Г-31 [Беляев стр.41, табл.26]

;  

4. Расчётная нагрузка  по цеху с учётом компенсирующих устройств

5. По расчётному значению  выбираем мощность трансформаторов для потребителей с преобладанием 3 категории по надёжности электроснабжения.

Определяем количество трансформаторов.

где: - коэффициент загрузки для цехов с преобладанием приёмников 2                                категории 0,7-0,8;

для первого варианта рассмотрим 1 трансформатор ТМ-160.

для второго варианта рассмотрим 2 трансформатора ТМ-100.

Вариант

Тип

Кол.

,кВт

, кВт

Стоимость, руб

1

ТМ-160

1

2,4

4,5

0,54

2,65

108000

2

ТМ-100

2

2,6

4,5

0,33

2,1

82000


 

6. Определим  в нормальном и аварийном режиме

 

 

4.2 Технический  расчёт и выбор трансформатора

 

Вариант 1.    ТМ -160

1. Потери реактивной мощности  холостого хода и короткого  замыкания.

2. Приведённые потери мощности в трансформаторе

где kип=0,07 – коэффициент изменения потерь

3. Полные потери мощности в трансформаторе.

 

Вариант 2.     2  ТМ – 100

1. Потери реактивной мощности  холостого хода и короткого  замыкания.

2. Приведенные потери  мощности в трансформаторе

где kип=0,07 – коэффициент изменения потерь

3. Полные потери мощности в трансформаторе.

На основании проведённого технического расчёта принимаем вариант с двумя трансформатором ТМ – 100-10/0,4.

 

5. Определение центра электрических нагрузок

Картограмма нагрузок

ТП является одними из основных звеньев  системы электроснабжения. Поэтому  оптимальное размещение подстанций по территории промышленного предприятия является важнейшим моментом при построении рациональных систем электроснабжения.

При проектировании систем электроснабжения предприятий различных отраслей промышленности разрабатывается генеральный план проектируемого объекта, на который наносятся все производственные цеха. Расположение цехов определяется технологическим процессом производства. На генеральном плане указываются расчётные мощности цехов и всего предприятия.

Для определения места положения ТП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок, которая представляет собой размещённые на генеральном плане окружности, причём площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчётным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха.

Центр нагрузок цеха или  предприятия является символическим  центром потребления электрической энергии цеха или предприятия.

ТП следует располагать  в ЦЭН. Это позволит снизить затраты на проводниковый материал и уменьшить потери электрической энергии.

Площадь круга в определенном масштабе равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Рi:


 

Из этого выражения  радиус окружности:

 где Рi – мощность i-го цеха; m – масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия).

Силовые нагрузки до и  выше 1 кВ изображаются отдельными кругами  или секторами в круге. Считаем, что нагрузка по цеху распределена равномерно, поэтому центр нагрузок совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане.

При построении картограммы  необходимо знать полные расчетные  нагрузки цехов.

Определяется масштаб  активных  нагрузок:

Принимается для наименьшей нагрузки вентиляционное отделение.

Расчет радиуса ЦЭН покажем  на примере станочного отделения:

 

 

 

 

 

Определение условного  центра электрических нагрузок

 

В настоящее время существует ряд математических методов, позволяющих  аналитическим путём определить центр электрических нагрузок (ЦЭН) как отдельных цехов, так и всего промышленного предприятия. Среди них можно выделить три основных метода.

Первый метод, использующий некоторые  положения из курса теоретической механики, позволяет определить ЦЭН цеха (предприятия) с большей или меньшей точностью (приближённо) в зависимости от конкретных требований. Так, если считать нагрузки цеха равномерно распределёнными по площади цеха, то центр нагрузок цеха можно принять совпадающим с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане

ЦЭН указан на картограмме нагрузок.

Таким образом, мы определили ЦЭН для  ТП, но поставить их точно в центре электрических нагрузок не всегда технически возможно.

Координаты центра электрических  нагрузок всего цеха определим по формуле:

 

ЦЭН устанавливаем в специально отведенном помещении.

 

 

 

 

 

 

6. Выбор схемы  электроснабжения цеха

Схемы электроснабжения приёмников электрической энергии промышленных предприятий зависят от мощности отдельных приёмников, их количества, распределения по территории и других факторов и должны отвечать следующим требованиям:

1. Обеспечить необходимую  надёжность электроснабжения в  зависимости от категории приёмников;

2. Иметь оптимальные  технико-экономические показатели  по капитальным затратам, расходу  цветных металлов, эксплуатационным  расходам и потерям энергии;