Электроснабжение механического цеха. 4

 

Министерство образования  Республики Беларусь

Учреждение образования

«Светлогорский государственный индустриальный колледж»

 

 

 

Специальность 2-43-01 03

       Группа ЭЛ-23-09

 

 

 

Курсовой проект

По дисциплине: «Электроснабжение ПП»

Тема: «Электроснабжение механического цеха»

 

 

 

Разработал:                                                           Петух И.С.

         

Проверил:                                                  Зязюля Е.С.

 

Проект защитил с оценкой

 

 

 

 

Светлогорск

2013

 

 

Содержание

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

3

           

 



Введение 

1 Общая часть

1.1 Краткая технология  производства 

1.2 Характеристика потребителей  электроэнергии 

2 Расчетная часть

2.1 Выбор схемы и конструктивного  выполнения электрической силовой

       сети электроснабжения цеха

2.2 Расчет электрических  нагрузок цеха 

2.3 Выбор типа мощности трансформаторов ТП

2.4 Расчет компенсации  реактивной мощности

2.5 Расчет параметров и  выбор аппаратов защиты распределительной 

      сети

2.6 Расчет распределительной  сети, выбор проводников

2.7 Расчет питающей сети и выбор электрооборудования ТП

2.8 Расчет сечения жил и выбор питающих кабелей ТП

2.9 Расчет токов короткого  замыкания цеховой сети 

2.10 Расчет заземляющего  устройства

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Курсовое проектирование дает возможность систематизировать, расширить и углубить теоретические знания в области электроснабжения промышленных предприятий, ознакомиться с новейшими достижениями в области проектирования, монтажа и эксплуатации электрических устройств, которые применяются в данной области. В ходе проектирования вырабатываются практические навыки в разработке экономичных, надежных, удобных в эксплуатации и безопасных в обслуживании систем электроснабжения.

При написании расчетно-пояснительной  записки курсового проекта использовался стандарт СТП СГИТ 01.06.2002. Графическая часть оформлена на основании стандарта ГОСТ 21. 613 - 88.

На сегодняшний день вопрос развития электроэнергетики имеет очень важное значение. Большая часть электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, что отрицательно сказывается на земных ресурсах и окружающей среде. Поэтому все больше и больше внедряются технологии по более экологичному производству электроэнергии.

Повышения надежности и качества электроснабжения так же приобретает серьезное значение. Внезапные перерывы электроснабжения влекут за собой значительный ущерб и при неудачном стечении обстоятельств могут угрожать жизни человека. Поэтому очень важно обладать методиками определения наиболее оптимальных стратегий повышения надежности электроснабжения. Для этого в распределительных сетях все больше и больше используются средства автоматизации.

Надежность электроснабжения обеспечивается путем разделения всех электроприемников на несколько категорий, учитывая их значимость в технологическом процессе производства, безаварийной работе оборудования и безопасности его обслуживания.

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

4

           

 



Экономичность электроснабжения достигается путем разработки совершенных систем распределения электроэнергии и оптимизации систем электроснабжения. На экономичность влияет выбор рациональных напряжений, оптимальных значений сечений проводов и кабелей, числа и мощности трансформаторных подстанций, средств компенсации реактивной мощности и их размещение в сети. Реализация всех этих требований обеспечивает надежное и качественное электроснабжение всех потребителей.

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткая технология  производства

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

5

           

 



Технологическая  линия  процесса производства механического  цеха включает в себя следующее оборудование:

Сверлильные станки - предназначены для получения отверстий с помощью сверл. Для привода применяется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в сочетании с коробкой скоростей или двух-трех скоростные асинхронные двигатели.

Токарные станки – требуются для обработки наружных, внутренних, торцевых поверхностей тел вращения, цилиндрической, конической и фасонной формы, а также для прорезки канавок, нарезки наружной и внутренней резьбы. Для привода применяется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в сочетании с коробкой скоростей.

Фрезерные  станки – предназначены для обработки с помощью фрезы плоских и фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых колёс и т. п. металлических и других заготовок. В качестве привода применяют двигатели с короткозамкнутым ротором в сочетании с коробкой скоростей.

Обдирочно-шлифовальные станки – предназначены для выполнения шлифовальных, слесарных и обдирочных работ. В качестве привода применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Шлифовальные станки – требуются для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей с помощью шлифовки. Привод выполнен асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Токарно-винторезные станки – предназначены для выполнения разнообразных токарных и винторезных работ по черным и цветным металлам, включая нарезание резьб. В качестве привода применяют двигатели с короткозамкнутым ротором в сочетании с коробкой передач.

Сварочный трансформатор  – назначение заключается в обеспечении переменным током сварочного поста, когда выполняется работа по резке или наплавке металла. Для регулировки тока сварочный трансформатор оборудован специальным переключателем.

Штамповочный пресс – выполняет операции вырубки и пробивки, неглубокой вытяжки, гибки и обрезки и другие технологические процессы штамповки, не требующие применения специализированного оборудования.

Вентиляторы – предназначены для вентиляции помещения и охлаждения технологического оборудования. Так как вентиляторы промышленные, то для их привода применяется трехфазные фазные асинхронные двигатели.

 

 

1.2 Характеристика потребителей  электроэнергии

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

6

           

 



По надежности электроснабжения все электроприемники подразделяются на три категории: электроприемники первой категории, второй категории и третьей категории.

Механический цех содержит оборудование, перерыв в электроснабжении которого приведет к массовому недоотпуску продукции, простою рабочих, механизмов, транспорта. Это означает, что электроприемники цеха относятся ко второй и третьей категории.

Оборудование цеха обеспечивается электроэнергией от одного независимого источника питания. Перерыв электроснабжения допускается на время необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Электроприемники по режиму работы подразделяются на три основных                    режима: продолжительный режим, кратковременный режим и повторно кратковременный режим.

Сварочный трансформатор  работает в повторно кратковременном  режиме (ПВ = 60%), а все остальные  электроприемники работают в продолжительном режиме.

Все электроприемники в механическом цеху располагаются в помещении без повышенной опасности, где относительная влажность воздуха не превышает 60%. В помещении отсутствуют признаки, свойственные жарким, химически и биологически активным средам. Также отсутствуют горючие материалы, т.е. помещение не относится к взрывоопасным и пожароопасным помещениям. Однако при использовании технологического оборудования (при резке, сверлении и шлифовке) образуется токопроводящая пыль. Это означает, что электропривод всего электрооборудования должен быть выполнен в пылезащищенном (закрытом) исполнении.

Все электроприемники питаются от сети переменного тока, напряжением 380В и частотой 50Гц. В отношении мер безопасности электроустановки в цеху работают с глухозаземленной нейтралью.

В цеху присутствуют потребители  с различной мощностью. Штамповочный пресс является самым крупным  потребителем. Его мощность составляет 143 кВт. Наименьшим среди потребителей является токарный станок. Его мощность 1,1 кВт.

 

 

 

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор схемы и конструктивного  выполнения электрической силовой

сети электроснабжения цеха

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

7

           

 



Внутрицеховые сети условно  делят на питающие и распределительные. К первым относят сети, отходящие непосредственно от распределительных устройств ТП  к первичным силовым пунктам, ко вторым – отходящие от пунктов к электроприемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам. Распределительные сети чаще всего бывают радиальными.

Для электроснабжения силовых  электроприемников следует выбирать наиболее экономичные системы, обеспечивающие необходимую надежность, безопасность и удобство эксплуатации электроустановок.

В проектируемом механическом цеху принимаем радиальную схему  питающей сети.

Радиальные схемы характеризуются  тем, что от источника питания  отходят линии, питающие крупные  электроприемники. Их преимущества это большая надежность. К недостаткам относится: повышенный расход проводов и кабелей; большее количество защитных и коммутационных аппаратов; необходимость в дополнительных площадях для размещения щитов, распределительных шкафов; трудность в перемещении технологического оборудования.

При построении схем необходимо стремиться к тому, чтобы длина  линий была минимальной. Для проектируемого  механического цеха принимаем радиальную схему питания электроприемников. Цеховые распределительные устройства располагаем как можно ближе к приемникам электроэнергии.

В схеме цехового электроснабжения с целью повышения ее надежности следует максимально ограничивать число ступеней защиты, которое не должно превышать трех. На вводе  в силовой пункт не следует  предусматривать аппарат защиты, дублирующий защиту главного участка  линий. Внутрицеховые электрические  сети выполняем изолированными проводниками проводами и кабелями. В цеху кабели прокладываем открыто по стенам и строительным элементам на скобах и кабельных конструкциях, в коробах, на лотках, тросах, в трубах.

Питающая сеть  в данном цеху прокладывается открыто на лотках, коробах и кабель-каналах, а распределительная сеть в трубах.

 

 

2.2 Расчет электрических  нагрузок 

цеха

Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: линий электропередачи, трансформаторных подстанций, питающих и распределительных  сетей. Поэтому определение электрических  нагрузок является важным этапом проектирования систем электроснабжения промышленных предприятий.

Расчет электрических  нагрузок производим методом расчетного коэффициента. Исходной информацией  для выполнения расчета является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей и наименований механизмов. Для каждого приемника выбираем коэффициент использования Ки и коэффициент активной мощности cosφ.

Определяем среднюю активную и реактивную нагрузку:

                                                   (1)

где Ки – коэффициент использования, принимается по литературе;

       Рном – номинальная активная мощность электроприемника, кВт.

                                                  (2)

где tgφ – коэффициент реактивной мощности.

Определяем групповой  коэффициент использования:

                                                    (3)

где ∑Рсм - суммарная средняя активная нагрузка группы, кВт;

       ∑Рном - суммарная активная номинальная нагрузка группы, кВт.

Определяем суммарное значение коэффициента реактивной мощности:

                                                     (4)

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

8

           

 



Определяем m – отношение максимальной мощности к минимальной:

                                                     (5)

где Pном.max – максимальная номинальная мощность одного ЭП, кВт;

       Pном.min – минимальная номинальная мощность одного ЭП, кВт.

Определяем эффективное  число электроприемников:

                                                 (6)

Найденное значение nэ округляется до ближайшего меньшего целого числа.

В зависимости от nэ и Ки по справочным материалам находим расчетный коэффициент Кр.

Определяем расчетную  активную нагрузку:

                                                 (7)

 

 

Если  Рр окажется меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы Рном.max, то следует принимать Рр = Рном.max.

Определяем расчетную  реактивную нагрузку:

                                                (8)

где = 1,1, если nэ ≤ 10; В других случаях = 1.

Определяем полную расчетную нагрузку:

                                                    (9)

Расчетный ток находится  по формуле:

                                                         (10)

г Uном – номинальное напряжение сети, равное 0,38 кВ.

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

9

           

 



Рассчитаем электрическую  нагрузку для СП-1:

Определяем средние нагрузки ЭП за наиболее загруженную смену (1) и (2):

 

 

Определяем коэффициент  использования группы ЭП (3):

 

Определяем значение коэффициента реактивной мощности (4):

 

Определяем m (5):

 

Определяем эффективное  число электроприемников (6):

 

Определяем расчетные  активную, реактивную нагрузки для  группы ЭП по формулам (7) и (8):

 

 

Определяем полную мощность группы ЭП по (9):

 

Определяем расчетный  ток группы электроприемников (10):

 

Для СП-2, СП-3, СП-4 и всего  цеха в целом расчет аналогичен. Результаты расчета сведены в  таблицу 1. 

 

2.3 Выбор типа мощности трансформаторов ТП

 

Число трансформаторов принимается  в зависимости от категории потребителя. Принимаем к установке один трансформатор, т.к. в механическом цехе установлены потребители 2-3 категории. Электроснабжение по предприятию осуществляется на напряжение 10 кВ.

Мощность трансформатора определяем по выражению:

                                                       (11)

где ∑Рр – суммарная расчетная активная мощность до компенсации, кВт;

       Nтр – число трансформаторов, шт;

       βэ – экономический коэффициент загрузки трансформатора,

       принимаемый для однотрансформаторной подстанции равным βэ = 0,9.

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

11

           

 



 

По [2] принимаем к установке трансформатор типа ТСЗ-250/10. Его номинальные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2. Номинальные данные трансформатора

Тип

Sном.тр, кВА

Uвн, кВ

Uнн, кВ

Pкз, кВт

Pхх, кВт

Uкз, %

Iхх, %

ТСЗ-250/10

250

10

0,4

3,8

1,0

5,5

1,8


Определяем действительный коэффициент загрузки трансформатора βтр:

                                                 (12)

где Sном.тр – номинальная мощность трансформатора, принимаемая из

       паспортных данных.

 

2.4 Расчет компенсации  реактивной мощности

Расчет мощности низковольтных БСК производим в следующей последовательности. По найденному количеству трансформаторов и их мощности рассчитываем наибольшую реактивную мощность Qт, которую можно передать через трансформаторы в сеть до 1 кВ, по формуле:

                           (13)

 

 

 

Определим значение необходимой  мощности низковольтных БСК:

                                          (14)

где∑Qp - суммарная расчетная реактивная мощность до компенсации, квар.

 

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

12

           

 



Так как значение необходимой  мощности низковольтных БСК Qm < 30 квар, то компенсация реактивной мощности не требуется.

 

2.5 Расчет параметров и  выбор аппаратов защиты распределительной  сети

В качестве аппаратов защиты электроприемников и электрических сетей участка цеха устанавливаем автоматические выключатели. Для начала необходимо рассчитать номинальный и пусковой ток двигателя. Расчет выполняем по следующим формулам:

                                           (15)

где Рн – номинальная мощность двигателя, кВт;

       Uном – номинальное напряжение двигателя, кВ;

       cosφ – коэффициент мощности двигателя;

       η – коэффициент полезного действия двигателя.

                                                (16)

где КI – кратность тока двигателя.

Выбор автоматического выключателя  производим по условиям:

                                                    (17)

                                                    (18)

где Iн.а – номинальный ток автомата, А;

       Iн.р – номинальный ток расцепителя автомата, А.

                                              (19)

где Iср – ток срабатывания расцепителя, А

       Iпуск – пусковой ток, защищаемого электроприемника, А

                                              (20)

где KТ.О – кратность токовой отсечки автоматического выключателя.

                                              (21)

По расчетному значению KТ.О принимается ближайшее большее стандартное значение KТ.О автоматического выключателя.

Производим выбор автомата для сверлильного станка Pном = 6,4 кВт. Для этого определяем номинальный и пусковой ток двигателя по (15) и (16):

 

 

 

 

По [1] принимаем автоматический выключатель типа ВА-51-25 с Iн.а = 25 А и    Iн.р = 12,5 А. Проверяем по условиям (17) и (18):

 

 

Рассчитываем кратность  токовой отсечки автомата по формуле (21):

 

Принимаем KТ.О = 10.

Определяем ток срабатывания расцепителя по формуле (20):

 

Проверяем по условию (19):

 

Для других электроприемников выбор автоматов аналогичен, кроме сварочного трансформатора. Его ток определяется по формулам:

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

13

           

 



                                                  (22)

                                             (23)

Выполняем расчет по (22) и (23):

 

 

В остальном выбор аналогичен остальным электроприемникам.

Результаты выбора автоматических выключателей сведены в таблицу  3.

Производим выбор магнитных  пускателей. Для всего оборудования цеха пускатели поставляются комплектно, кроме вентиляторов.

Выбираем пускатель для  вентилятора Pном = 3 кВт. Выбор осуществляется по следующим условиям:

                                                   (24)

                                                   (25)

где Uн.п – номинальное напряжение пускателя, В;

       Iн.гл.к – номинальный ток главных контактов пускателя, А.

По [1] принимаем пускатель типа ПМ12-010 с Iн.гл.к = 10 А. Проверяем его по условиям (24) и (25):

 

 

Для остальных вентиляторов выбор пускателей аналогичен. Результаты выбора сведены в таблицу 3.

 

 

2.6 Расчет распределительной  сети, выбор проводников

           

КП 0055336    ЭЛ-23-09

Лист

           

15

           

 



Выбор кабелей осуществляется по следующим условиям:

                                                 (26)

                                                 (27)

где Iдоп – длительно допустимый ток кабеля, А;

       Kп – коэффициент, учитывающий кол-во рядом проложенных кабелей;

       Kт – коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды;

       Iз – номинальный ток расцепителя защитного аппарата;

Кз – кратность длительно допустимого тока кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата, определяется по [1] и равен 1.

Выбираем кабель для сверлильного станка Pн = 6,4 кВт.

По [1] принимаем 4-х жильный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена марки АПвП сечением 2,5 мм2 с длительно допустимым током Iдоп = 23А. Выполняем проверку кабеля по условиям (26) и (27):

 

 

Кабель подходит по всем условиям. Для остальных приемников выбор кабелей аналогичен. Результаты выбора кабелей сведены в таблицу  4.

Прокладка кабелей в цеху выполняется в трубах, поэтому  необходимо произвести их выбор. Трубы  выбираются по диаметру, учитывая число  и диаметр прокладываемых внутри ее кабелей. Результаты выбора труб так  же сведены в таблицу 4.