Электроснабжение и электрооборудование ремонтно-механического цеха
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования "Белоозерский государственный профессионально-технический колледж электротехники"
Специальность: 2-36 03 31 Монтаж и эксплуатация электрооборудования
Курсовой проект
Дисциплина: Электроснабжение предприятий и гражданских зданий
Тема: Электроснабжение и электрооборудование ремонтно-механического цеха
КП.2015.2-36 03 31.10-С.1
Разработал
Руководитель Ж.И.Кулак
Белоозерск, 2015
Содержание
Введение
1 Исходные данные для курсового проекта
2 Краткая характеристика проектируемого объекта и потребителей электроэнергии
3 Анализ электрических нагрузок.
4 Расчет электрических нагрузок
5 Расчет и выбор компенсирующего устройства
6 Выбор числа и мощности трансформаторов
7 Расчет и выбор сетей напряжением до 1 кВ
8 Расчет сетей напряжений до 1 кВ по потере напряжения
9 Расчет и выбор аппаратов защиты напряжением до 1 кВ
10 Расчет и выбор сетей высокого напряжения
11 Расчет токов короткого замыкания
12 Обоснование выбора электрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания
13 Расчет заземляющего устройства
Заключение
Список литературы
Спецификация
Введение
Электрификация играет важную роль в развитии всех отраслей промышленности, являются стержнем строительства экономики страны. Отсюда следует необходимость опережающих темпов роста производства электроэнергии.
В настоящее время электроэнергетика России является важней жизнеобеспечивающей отраслью страны. В ее состав входит более 100 электростанций общей мощностью 800 мВт.
В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующие станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные, приливные и др.
Совокупность электроприёмников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединённых с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называется электропотребителем.
Совокупность электрических станций, линий электропередачи, подстанций тепловых сетей и приёмников, объеденных общим и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической энергии называется энергетической системой. Электрические сети подразделяются по следующим признакам:
1 Напряжение сети. Сети могут быть напряжением до 1 кВ низковольтными, или низкого напряжения (НН), и выше 1 кВ - высоковольтными, или высоковольтного напряжения.
2 Род тока. Сети могут быть постоянного и переменного тока. Электрические сети выполняются в основном по системе трёхфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии.
3 Назначение. По характеру потребителей и от назначения территории, на которой они находятся, различают: сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического транспорта, сети в сельской местности.
Кроме того, имеются районные сети, сети межсистемных связей и др.
В современных условиях главными задачами специалистов осуществляющих проектирование и эксплуатацию современных систем энергоснабжения промышленных предприятий, является правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение определенной степени надежности электроснабжения, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.
Темой моего курсового проекта является «Электроснабжение ремонтно- механического цеха».
1 Краткая характеристика проектируемого объекта и потребителей электроэнергии
Ремонтно- механический цех (РМЦ) предназначается для ремонта и настройки электромеханических приборов выбывающих из строя.
Он являестя одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два участка, в которых установлено оборудование для ремонта оборудования: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и др.
РМЦ получает ЭСН от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до цеховой ТП- 0,9 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП- 1,4 км. Напряжение на ГПП- 6 и 10 кВ.
Количество рабочих смен- 2. Потребители имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН. Грунт в районе РМЦ- чернозем с температурой +20 0С.Каркас здания цеха смонтирован из блоков- секций длиной 6 м каждый.
Размеры цеха A×B×H=48×28×9 м. Все помещения двухэтажные высотой 4 м.
Перечень основного оборудования показан в таблице 1.
Мощность электропотребления (Pэп) указана для одного электроприемника.
Таблица 1 – Перечень технологического оборудования
№ на плане |
Наименование ЭО |
Рэп, кВт |
Примечание |
1,2 |
Вентиляторы |
48 |
|
3-5 |
Сварочные агрегаты |
10 |
ПВ= 40% |
6-8 |
Токарные автоматы |
12 |
|
9-11 |
Зубофрезерные станки |
15 |
|
12-14 |
Круглошлифовальные станки |
4 |
|
15-17 |
Заточные станки |
3 |
|
18, 19 |
Сверлильные станки |
3,2 |
|
20-25 |
Токарные станки |
9 |
|
26, 27 |
Плоскошлифовальные станки |
8,5 |
|
28-30 |
Строгальные станки |
12,5 |
|
31-34 |
Фрезерные станки |
9,5 |
|
35-37 |
Расточные станки |
11,5 |
|
38, 39 |
Краны мостовые |
25 |
ПВ= 60% |
2 Анализ электрических нагрузок. Выбор схемы силовой сети и места установки силовых распределительных пунктов (шинопроводов)
Схемы электроснабжения промышленных предприятий должны разрабатываться с учетом следующих основных принципов:
1) источники питания должны быть
максимально приближены к
2) число ступеней трансформации и распределения электрической энергии на каждом напряжении должно быть по возможности минимальным;
3) схемы электроснабжения и
4) распределение электроэнергии осуществляем по радиальной схемой питания. Так как в нашем случае электроприемники расположены группами в качастве распределительных устройств принимаем распределительные устройства РП.
Рисунок 2.1 – Цеховая магистральная схема электроснабжения
3 Расчет электрических нагрузок
Расчет электрических нагрузок проводим для отдельно взятого распределительного пункта (РП).
Расчет электрических нагрузок для РП3.
Таблица 2 – Исходные данные электрооборудования
Наименование электроприемников |
Рн, кВт |
n |
Kи |
cos φ |
tq φ |
Токарные автоматы |
12 |
3 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
Зубофрезерные станки |
15 |
3 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
Круглшифовальные станки |
4 |
3 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
Определяем общее число электроприемников РП1 (n):
где m – количество групп ЭП;
ni – количество ЭП в i – ой группе.
п=3+3+3=9
Определяем суммарную номинальную активную мощность группы ЭП ( , кВт) :
где – номинальная активная мощность i – го ЭП.
Рном = 12×3+15×3+3×4= 93 кВт
Определяем показатель силовой сборки m:
|
|
где Рннб, Рннм – номинальные активные мощности приведённые к
длительному режиму наибольшая и наименьшая в группе;
Определяем среднюю активную мощность за наиболее загруженную смену для токарного автомата:
Для остальных электоприёмников средняя активная мощность находится соответствующим образом.
Определяем среднюю реактивную мощность за наиболее загруженную смену для токарного автомата:
кВар
Для остальных электоприёмников средняя реактивная мощность находится соответствующим образом.
Определяем сумму средних активных мощностей группы:
;
Определяем сумму средних реактивных мощностей группы:
Определяем полную среднюю мощность группы:
Определяем средний коэффициент использования:
Определяем средний сosφ:
Определяем средний tqφ
Определяем эффективное число электроприемников группы nэF(n,m,Kиср,Pн):
где n1- определяется суммой всех электроприемников, мощность которых больше 0,5 от мощности наибольшей в группе.
По [1], таблица 1.5.4 nэ*=0,85, nэ=0,85×9=7,65
Определяем значения коэффициента максимума активной нагрузки Kм=F(Kиср,nэ) и реактивной нагрузки:
По [1], таблица 1.5.3 Км=2,31, Км`=1,1
Определяем максимальную активную мощность группы:
Определяем максимальную реактивную мощность группы:
Определяем полную максимальную мощность группы:
Определяем максимальный ток группы:
Для остальных групп электроприемников расчет ведется соответствующим образом. Результаты заносятся в сводную ведомость нагрузок по цеху.
Таблица 3 – Сводная ведомость нагрузок по цеху
Наименование РУ и электроприем-ников |
Нагрузка установленная |
Нагрузка средняя на смену |
Нагрузка max | |||||||||||||||
Pн, кВт |
n |
P∑n, кВт |
Kи |
cosφ |
tqφ |
m |
Pсм, кВт |
Qсм, кВар |
Sсм, кВА |
nэ |
Kм |
Kм` |
Pм, кВт |
Qм, кВар |
Sм, кВА |
Iм, А | ||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 | |
РП1 | ||||||||||||||||||
Вентиляторы |
48 |
2 |
96 |
0,6 |
0,8 |
0,75 |
57,6 |
43,2 |
||||||||||
Кран мостовой |
19,4 |
1 |
19,4 |
0,1 |
0,5 |
1,73 |
1,94 |
3,35 |
||||||||||
ИТОГО по РП1 |
3 |
115,4 |
0,52 |
0,79 |
0,78 |
2,47 |
59,54 |
46,55 |
75,58 |
- |
- |
- |
59,54 |
46,55 |
75,58 |
114,97 | ||
РП2 | ||||||||||||||||||
Сварочные агрегаты |
6,3 |
3 |
18,9 |
0,25 |
0,35 |
2,67 |
4,72 |
12,6 |
||||||||||
ИТОГО по РП2 |
3 |
18,9 |
0,25 |
0,35 |
2,67 |
- |
4,72 |
12,6 |
13,45 |
- |
- |
- |
4,72 |
12,6 |
13,45 |
20,46 | ||
РП3 | ||||||||||||||||||
Токарные автоматы |
12 |
3 |
36 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
6,12 |
7,16 |
||||||||||
Зубофрезерные станки |
15 |
3 |
45 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
7,65 |
8,95 |
||||||||||
Круглошлифовальные станки |
4 |
3 |
12 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
2,04 |
2,38 |
||||||||||
ИТОГО по РП3 |
9 |
93 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
3,75 |
15,81 |
18,49 |
24,33 |
7,65 |
2,31 |
1,1 |
36,52 |
20,34 |
41,8 |
63,58 | ||
РП4 | ||||||||||||||||||
Заточные станки |
3 |
3 |
9 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
1,53 |
1,79 |
||||||||||
Сверлильные станки |
3,2 |
2 |
6,4 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
1,09 |
1,27 |
||||||||||
Продолжение таблицы 3
Токарные станки |
9 |
6 |
54 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
9,18 |
10,74 |
||||||||||
Плоскошлифовальные станки |
8,5 |
2 |
17 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
2,89 |
3,38 |
||||||||||
ИТОГО по РП4 |
13 |
86,4 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
3 |
14,69 |
17,18 |
22,6 |
10,53 |
2,1 |
1 |
30,85 |
17,18 |
35,31 |
53,71 | ||
РП5 | ||||||||||||||||||
Строгальные станки |
12,5 |
3 |
37,5 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
6,37 |
7,46 |
||||||||||
Фрезерные станки |
9,5 |
4 |
38 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
6,46 |
7,56 |
||||||||||
Расточные станки |
11,5 |
3 |
34,5 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
5,86 |
6,86 |
||||||||||
Кран мостовой |
19,4 |
1 |
19,4 |
0,1 |
0,5 |
1,73 |
1,94 |
3,35 |
||||||||||
ИТОГО по РП5 |
11 |
129,4 |
0,16 |
0,63 |
1,22 |
2,04 |
20,63 |
25,23 |
32,6 |
- |
- |
- |
20,63 |
25,23 |
32,6 |
49,6 | ||
РУ НН | ||||||||||||||||||
РП1 |
3 |
115,4 |
0,52 |
0,79 |
0,78 |
59,54 |
46,55 |
|||||||||||
РП2 |
3 |
18,9 |
0,25 |
0,35 |
2,67 |
4,72 |
12,6 |
|||||||||||
РП3 |
9 |
93 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
15,81 |
18,49 |
|||||||||||
РП4 |
13 |
86,4 |
0,17 |
0,65 |
1,17 |
14,69 |
17,18 |
|||||||||||
РП5 |
11 |
129,4 |
0,16 |
0,63 |
1,22 |
20,63 |
25,23 |
|||||||||||
ИТОГО по РУ НН |
39 |
443,1 |
0,26 |
0,7 |
1,04 |
6,84 |
115,39 |
120,05 |
166,5 |
18,5 |
1,46 |
1 |
168,47 |
120,05 |
206,87 |
314,67 | ||
4 Расчет и выбор компенсирующего устройства
Таблица 4 – Исходные данные для расчета
Параметр |
|||||
Всего на НН без КУ |
0,7 |
1,04 |
168,47 |
120,05 |
206,87 |
Значения Pp,Qp, Sp, cosφ, tqφ выбираются из таблицы «Сводная ведомость электрических нагрузок цеха».
Определяем расчетную мощность компенсирующего устройства:
где - коэффициент, учитывающий повышение коэффициента мощности естественным способом, принимается = 0,9 по [1], с. 33;
и - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.
Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения = 0,92…0,95
Задавшись из этого промежутка, определяем
Принимаем = 0,95, тогда = 0,33
По [2], таблица 6.1.1 выбираем стандартное компенсирующее устройство, близкое по мощности.
Устанавливаем УК4-0,38-100- УЗ со ступенчатым ручным регулированием, где 1 ступень равна 50 кВар.
Определяем фактические значения и после компенсации реактивной мощности:
сosφф≈0,93
5 Выбор числа и мощности трансформаторов
Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь:
;
где n - количество трансформаторов, n=1, так как имеются потребители второй и третьей категории, устанавливаем на подстанции один трансформатор, а резерв возьмем с другого цеха металлургического завода;
Кз - коэффициент загрузки трансформаторов для 2 категории надежности при однотрансформаторных подстанциях Кз=0,7 – 0,8.
Выбираем трансформатор с номинальной мощностью Sном= 250 кВА по [2], таблица 5.1.1
Проверка выбора мощности трансформатора по коэффициенту загрузки
Кз.ф = Sт.р / Sт = должно быть меньше или в этих пределах 0,7 – 0,8., если больше то увеличиваем Sт.
Данный трансформатор удовлетворяет условию, поэтому окончательно выбираем трансформатор мощностью Sном= 250 кВА по [2], таблица 5.1.1
Таблица 5 – Технические данные трансформатора ТМ-2500/10/0,4
Тип |
|||||||
ТМ |
250 |
10 |
0,4 |
3700 |
740 |
4,5 |
2,3 |
6 Расчет и выбор сетей напряжением до 1кВ
В качестве питающих и распеделительных линий принимаем кабели с медными жилами марки ВВГ с резиновой изоляцией, прокладываемые в воздухе, пятижильные.
Условие выбора кабеля по нагреву:
где - длительно-допустимый ток кабеля, А, [2], таблица 4.3.18;
- расчетный ток группы или электроприемника.
Определяем расчетный ток для вентилятора:
Выбираем кабель сечением S = 25 мм2
Расчет токов для остальных электроприемников и групп аналогичен, результаты расчета сведены в таблицу 6.
Таблица 6 – Сводная ведомость питающих линий
Наименование электроприемника или РУ |
Pн, кВт |
cosφ |
Iр, А |
Iдоп, А |
Сечение кабеля,мм2 |
Вентилятор |
48 |
0,8 |
91,27 |
95 |
3×25+2×16 |
Сварочный агрегат |
6,3 |
0,35 |
27,38 |
35 |
5×4 |
Токарный автомат |
12 |
0,65 |
28,08 |
35 |
5×4 |
Зубофрезерный станок |
15 |
0,65 |
35,1 |
42 |
5×6 |
Круглошлифовальный станок |
4 |
0,65 |
9,36 |
19 |
5×1,5 |
Заточные станки |
9 |
0,65 |
21,06 |
25 |
5×2,5 |
Сверлильный станок |
3,2 |
0,65 |
7,5 |
19 |
5×1,5 |
Токарный станок |
9 |
0,65 |
21,06 |
25 |
5×2,5 |
Плоскошлифовальный станок |
8,5 |
0,65 |
19,89 |
25 |
5×2,5 |
Строгальный станок |
12,5 |
0,65 |
29,25 |
35 |
5×4 |
Продолжение таблицы 6
Фрезерный станок |
9,5 |
0,65 |
22,23 |
25 |
5×2,5 |
Расточный станок |
11,5 |
0,65 |
26,91 |
35 |
5×4 |
Кран мостовой |
19,4 |
0,5 |
59,02 |
75 |
5×16 |
РП1 |
115,4 |
0,79 |
114,97 |
120 |
3×35+2×25 |
РП2 |
18,9 |
0,35 |
20,46 |
25 |
5×2,5 |
РП3 |
93 |
0,65 |
63,58 |
75 |
5×16 |
РП4 |
86,4 |
0,65 |
53,71 |
55 |
5×10 |
РП5 |
129,4 |
0,63 |
49,6 |
55 |
5×10 |
7 Расчет сетей напряжений до 1 кВ по потере напряжения
Определяем потери напряжения от РУ НН до заточного станка.
Определяем потерю напряжения на кабеле идущего от РП4 до станка:
Определяем потерю напряжения на кабеле идущего от РУ НН до РП4:
Таким образом, питающая линия теряет:
Нормально допустимое значение отклонения напряжения ∆U на выводах приёмников электроэнергии по ГОСТ 13109-97 равны ± 5 % от номинального напряжения сети.
Полученное значение меньше допустимого отклонения, что соответствует норме.
8 Расчет и выбор аппаратов защиты напряжением до 1 кВ
Производим выбор аппарата защиты для вентилятора, исходя из следующих условий:
где Iнр - наибольший длительный ток, протекающий по расцепителю и не вызывающий его срабатывания.
где Кпуск- кратность пускового тока Кпуск=5,
Io- ток отсечки выключателя.
1600 А =
По [3], таблица 2.1.1 выбираем автоматический выключатель типа ВА 51-33.
Производим выбор аппарата защиты на вводе РП1.
Аппарат защиты выбираем исходя из следующих условий:
где Iпик – пиковый ток
Iпускнб – наибольший пусковой ток электродвигателя группы
Iннб – номинальный ток пускаемого электродвигателя
Kи – коэффициент использования механизма с наибольшим пусковым током.
Определяем номинальный ток расцепителя:
Определяем пиковый ток:
Определяем ток отсечки:
По [3], таблица 2.1.1 выбираем автоматический выключатель типа ВА 51Г-31.
Для остальных электроприемников и распределительных устройств выбор
аппаратов защиты
Таблица 7 – Выбор аппаратов защиты
Наименование оборудования и РП |
Автоматический выключатель | ||||||
Iр, А |
Iпуск, А |
Iнр, А |
Ку (ЭМ) |
Iна, А |
Iоткл, кА |
Тип АЗ | |
Вентилятор |
91,27 |
456,35 |
125 |
10 |
160 |
12,5 |
ВА 51-33 |
Сварочный агрегат |
27,38 |
136,9 |
40 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Токарный автомат |
28,08 |
144 |
40 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Зубофрезерный станок |
35,1 |
175,5 |
40 |
10 |
100 |
5 |
ВА 5Г1-31 |
Круглошлифовальный станок |
9,36 |
46,8 |
12,5 |
10 |
25 |
3,8 |
ВА 51-25 |
Заточные станки |
21,06 |
105,3 |
31,5 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Сверлильные станки |
7,5 |
37,5 |
12,5 |
10 |
25 |
3,8 |
ВА 51-25 |
Токарные станки |
21,06 |
105,3 |
31,5 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Плоскошлифовальные станки |
19,89 |
99,45 |
25 |
10 |
100 |
3,5 |
ВА 51Г-31 |
Строгальные станки |
29,25 |
146,25 |
40 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Фрезерные станки |
22,23 |
111,15 |
31,5 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Расточные станки |
26,91 |
134,55 |
40 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
Кран мостовой |
59,02 |
295,1 |
80 |
10 |
100 |
7 |
ВА 51Г-31 |
РП1 |
114,97 |
516,56 |
160 |
12 |
250 |
15 |
ВА 51-35 |
РП2 |
20,46 |
150,51 |
40 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
РП3 |
63,58 |
233,1 |
80 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
РП4 |
53,71 |
155,43 |
80 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
РП5 |
49,6 |
338,8 |
63 |
10 |
100 |
5 |
ВА 51Г-31 |
РУ НН |
314,67 |
771,44 |
400 |
10 |
630 |
35 |
ВА 51-39 |