Электроснабжение механического цеха серийного производства

 Комитет образования, науки и молодёжной политики Новгородской области. 

ОАОУ СПО  Боровичский техникум строительной индустрии и экономики. 

Специальность 270116: «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий». 
 
 
 
 

         Электроснабжение механического цеха серийного                                                                       

            производства. 

                    Пояснительная записка

                    КП ЭС 07 000000 ПЗ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Руководитель проекта:           

Лосев И.Ф.

5 апреля 2010 г 
 

                 Выполнил:

Студент:  гр. Э-31

                    Иванов В.А.

                          30 марта 2010 г. 
 

2010 
 
 

Содержание: 

Введение

1.Общая часть.

1.1Исходные данные  к курсовому проекту.

1.2Ведомость  и характеристика потребителей  электроэнергии.

1.3Выбор схемы,  конструктивное исполнение сети  цеха.

2.Расчётная часть.

2.1Расчёт электрических  нагрузок.

2.2.Расчёт мощности  и выбор типа компенсирующего  устройства(КУ).

2.3.Выбор электрооборудования силовой сети цеха.

2.4.Определение  числа и мощности трансформаторов,  выбор шин цеховой ТП.

2.5.Определение  сечения и выбор марки питающего  высоковольтного кабеля.

2.6.Расчёт токов  КЗ.

2.7.Выбор электрооборудования  цеховой ТП и питающей ячейки РП.

2.8.Расчёт заземляющего  устройства ЗУ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              

                                              
 
 

                                                 

                                              

                                                Введение  
 

Роль энергетического  комплекса возрастает во всем мире в связи с ускорением темпа развития научно-технического прогресса.

Энергетика нашей  страны обеспечивает электроснабжение народного хозяйства и бытовые нужды различных потребителей электрической энергии. Основными потребителями являются промышленные предприятия, сельское хозяйство, коммунальные нужды. 70% всей электроэнергии расходуется на технологические процессы предприятий.

В наше время энергопотребление промышленных предприятий растёт с каждым годом ввиду автоматизации технологических процессов производства, что позволяет увеличить эффективность и качество производимой продукции. Следовательно, для этого требуется не только качественная электроэнергия, но и надёжность систем автоматики, высокий уровень надёжности защиты электрических сетей и качественная аппаратура управления.

Поэтому, в наши дни электротехника достигла определённых успехов.

Новшествами в  этой области являются: введение в эксплуатацию многими производствами компьютеризированного и цифрового управления сложнейшими технологическими процессами, приводами двигателей станков и т.п.

Среди коммутационных аппаратов нововведениями являются вакуумные  выключатели, выключатели  нагрузки и разъединители высокого напряжения, а также модульные автоматические выключатели и другая защитная и коммутационная аппаратура низкого напряжения.

Для правильной эксплуатации новейшего оборудования требуются высококвалифицированные специалисты. 
 
 
 

 
 
 

1. Общая часть.

1.1 Исходные данные  к курсовому проекту.

1. План цеха  № 7

2. Цех работает  в три смены.

3. Число часов  работы предприятия в год Тгод=5200.

4. С шин низкого  напряжения цеховой подстанции  предусматривается питание дополнительной нагрузки мощностью Рном=550 кВт, kн=0,73, соs  =0,83 70℅потребителей дополнительной нагрузки относятся к 2 категории.

5. Данные для  решения вопроса о компенсации реактивной мощности передаваемой из сетей энергосистемы Q_c=140квар.

6. Удельная мощность  освещения Руд=16,5Вт/м².

7. Данные для  расчётов токов КЗ мощность КЗ на шинах ВН ГПП 210 МВА, На заводской ГПП Установлены трансформаторы мощностью 2 * 25000 кВА, напряжение высшей стороны U1н=35 кВ, низшей U2н=10кВ. Напряжение КЗ   Uk ℅=8,0.Питание проектируемые цеховой ТП от шин 10 кВ ГПП осуществляется по радиальной схеме по кабельной линии длиной L=1,8км.

8. Рассчитать  защитное заземление:

    характер  грунта – суглинок;

    климатическая  зона 2;

    вид  заземления – стержнь;

    длина  заземлителя 3 метра;

    d стержня 18 мм. 

1.2 Характеристика потребителей  электроэнергии.

             Механический цех серийного производства (МЦСП) предназначен для серийного выпуска продукции для завода тяжёлого машиностроения. Он является вспомогательным звеном в цепи промышленного производства завода. Цех имеет станочное отделение, производственные, вспомогательные, бытовые и служебные помещения. ЭСН осуществляется от ГПП напряжением 6 и 10 кв расположенной на территории завода на расстоянии 1,2км от цеха. От энэргосистемы до ГПП 12км. Количество рабочих смен 2. потребители цеха относятся к 1,2-3 категориям надёжности ЭСН.

Режим S-1.

Частота тока 50Гц.

Ток переменный.

Напряжение 380/220В.

Режим нейтрали TN. 

ЭП 2-й категории.

Перечень ЭО механического цеха серийного производства.

                  

 
 

1.3 Выбор схемы и  конструктивное исполнение сети цеха.

 Распределение электроэнергии на низшей ступени зависит от схемы питания электроприемников. Для того чтобы выбрать схему питания ЭУ, обращают

внимание  на расположение ЭП, экономичность токопроводящих кабелей, шинопроводов, простота при выполнении осмотра и монтажа. Электрическая сеть может выполняться по радиальной, магистральной и смешанной схемам.

Магистральные схемы необходимо применять для  питания группы электро-приемников принадлежащих одной технологической линии, осветительных нагрузок размещенных равномерно по всей площади цеха.

При радиальной схеме, мощные электро-приемники получают питание от подстанций, а группа расположенных друг с другом, непосредственно  от силовых и распределительных пунктов. При пользовании такой схемой увеличивается количество защитной аппаратуры и аппаратов управления. В целом такая схема проста в эксплуатации и надежна.

На протяжении всего цеха проложено два шинопровода на высоте 2,5метра от пола и три силовых пункта, от которых в свою очередь отходят ответвительные кабели на подключение станков.  Шинопроводы и СП закреплены на железобетонных колоннах и кирпичных стенах цеха с помощью кронштейнов. Питание к станкам подводится проводами марки АПВ, проложенных в металлорукаве или в трубе в заливке пола. Используются кабели с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной изоляцией типа ААБ.

 
 

2. Расчётная часть.

2.1 Расчёт электрических  нагрузок.

1 Определение мощности и выбор типа  электродвигателей. 

 Определяем  необходимую мощность электродвигателей исполнительных механизмов по выражению:

      Р_эд≥Р_ст кВт

      где:   Р_ст – заданная мощность на валу механизма,  кВт;                    

 

              

 

Выбор номинальной  мощности производится по условию:

      Р_н.д.>Р_расч

      где:   Р_н.д – номинальная мощность двигателя, кВт;

                Р_расч – расчетная мощность двигателя, кВт;

Пример  выбора электродвигателя для карусельного фрезерного станка N_o1 на плане:

      Р_расч≥=10 кВт

 По  таблице  выбираем номинальную мощность электродвигателя, серии АИР с параметрами:  АИР160S6

      U_н=380 В

      Р_н=11 кВт

      n₂=970об/мин

      cоsφ=0,83

      ή=88%

      I_п ⁄ I_н.эп=6,5 

             2 Определение расчётных силовых нагрузок по узлам питания.

 

 

 Все электроприемники группируются по характерным  категориям с одинаковыми значениями коэффициента использования К_и и коэффициента реактивной мощности cosφ. В каждой строке указывается ЭП одинаковой мощности.

 Справочные  значения К_и и cosφ из таблица 3,2 заносятся в графы 5 и 6 (таб.2.2.).[пз]

 На  основании исходных данных (таб.2.1) [пз].В таблице 2.2. заполняются графы 1-4: наименование ЭП-1-3; кол-во электроприемников (n)– 3, номинальная мощность (P_н) одного ЭП –10кВт и общая мощность которых ∑P_н= P_н*n=10*3=30кВт. 

 Определяем  расчетные величины активной (К_и∑Р_н) и реактивной (К_и∑Р_нtgφ)  

 мощностей заносятся в графы 7 и 8.

 К_и∑Р_н=0.12 *30=3.6 кВт.

 К_и∑Р_нtgφ=0,12 *30*1,73=6.22квар

 Для определения эффективного числа  ЭП построчно определяем для каждой характерной группы ЭП одинаковой мощности величину(nP_н²) и заносим в графу 9 (табл.2.2).

 nP_н²=3*10²=300

 Определяем  групповой коэффициент использования  для данного узла питания и  заносим в итоговую строку для данной группы - графу 5.

 К_и.гр.=(∑К_иР_н)/(∑nP_н)=(гр.7)/(гр.4)=4.8/39.6=0,12

 В итоговой строке для граф 4;7;8;9, определяем суммы  всех строк величин.

 ∑nP_н=39.6кВт            (4).                    ∑(К_и∑Р_нtgφ)=8.29квар      (8).

 ∑(К_и∑Р_н)=4.8 кВт   (7).                    ∑nP_н²=325.6кВт                (9).

 Для итоговой строки графы 10 определяется n_э.

     n_э=(∑Р_н.гр)²/(∑nP_н²)= (гр.4)²/гр.9=39.6²/325.6 =4

 По  таблице 1[3]  определяется коэффициент расчетной нагрузки (К_р) по значениям К_и.гр.=0,12 и n_э=4 и заносится в итоговую графу 11.

Определяем  расчетные мощности, подключенные к узлу питания

-активная:   Р_р=К_р∑(К_и∑Р_н)=2.29 *0.12*39.6 =10.99 кВт (гр.12)

-реактивная: т.к. n_э меньше 10 то 

Q_р=1,1∑(К_и∑Р_нtgφ)= 1,1∙8.29 =9.11квар (гр.13)

-полная:S_р=√Рр²+Qр²=√(гр.12)²+(гр.13)²=√10.99 ²+9.11²=11.03кВ∙А

Токовую расчетную нагрузку определяем по формуле:

         I_р=Sp*1000 /(√3∙U_н)=11.03/1,73∙0,38=16.77 A (гр.15)

 

             3 Определение расчётных нагрузок на шинах НН    цеховой ТП. 

Все электроприёмники группируются построчно по характерным категориям с одинаковыми коэффициентом использования К_и и коэффициентом реактивной мощности tgφ независимо от мощности электроприёмников. Справочные

значения К_и и tgφ, а также кол-во и мощность ЭП, берутся из табл. 2.2 и заносятся в графы 5 и 6 и соответственно в 1,2 заносятся кол-во ЭП и их группа в табл.2.3,[пз] а в графе 3 указывается максимальная и минимальная мощности ЭП, каждой характерной группы

Пример: делаем расчет для гр.1:

      Р_max=52,5кВт            К_и =0,17 (гр.5)  и tgφ =1,33 (гр.6)

      P_min=5 кВт           n=11      (гр.2)

 Определяется  общая суммарная мощность всех ЭП в каждой строке характерной группы и заносится в графу 4 таб. 2.3, а количество электроприёмников в графу 2 таб. 2.3.

      P_н.гр=215 кВт.

 Для каждой строки характерной группы ЭП определяются расчетные величины активной(К_и∙Р_н.гр) и реактивной (К_и∙Р_н.гр∙tgφ)мощностей и заносятся в графы 7 и 8 таб. 2.3. Графа 9 не заполняется.

К_и∙Р_н.гр=0,17∙215=37,46 кВт   (гр.7)

К_и∙Р_н.гр∙tgφ=0,17∙215∙1,33=48,73 квар   (гр.8).

     

 В итоговой строке определяются суммы этих величин (графы 4,7 и 8):; и сумма номинальных мощностей всех групп электроприёмников (графа 4):

∑К_и∙Р_н.гр=545,18кВт.     (гр.7)

∑К_и∙Р_н.нг∙tgφ=406,47квар.    (гр.8)

∑Р_н.гр=1047кВт.     (гр.4)

Где n- число групп с одинаковыми К_и и tgφ.

 Далее мы определяем групповой коэффициент использования(К_и∑) и реактивной мощности  tgφ_∑ на шинах 0,4 кВ цеховой ТП(распределительного щита)и заносится в итоговые графы 5 и 6 соответственно.

     К_и∑=∑К_и∙Р_н.гр/∑Р_н.гр=гр.7/гр.4=545,18/1047=0,52    (гр.5)

     tgφ_∑=∑К_и∙Р_н.нг∙tgφ/∑К_и∙Р_н.гр=гр.8/гр.7=406,47/545,18=0,74   (гр.6)

 По  таблице 2 определяется коэффициент расчётной нагрузки К_р при  
 

 полученных  значениях К_и∑ и n_э.

  Порядок определения расчётных мощностей Р_р; Q_р; S_р и расчётного тока нагрузки I_р такой же, как в пункте 2.1.2.а результаты вычислений заносятся в графы 12,13,14 и 15 таб. 2.3.

 В таблицу 2.3 заносятся результаты расчета  нагрузок освещения, а также дополнительной нагрузки, получающих электроэнергию от цеховой ТП.

Расчет  производится соответственно по выражению :

                                                    Р_р.о=К_с.о∙Р_н.о= К_с.о∙Р_уд.о∙F=

Где:

К_с.о=1- коэффициент спроса осветительной нагрузки(таб.2.7)[пз]

   Р_н.о- установленная мощность освещения

      Р_уд.о- удельная плотность осветительной нагрузки на единицу производственной площади (Вт/м²)

   F-площадь производственного помещения.

 При расчете  дополнительной нагрузки мы берем за основу данные из дополнительной информации Р_н.доп=550кВт;К_и=0,73; cosφ=0,83 ,  эти данные равномерно распределяем по узлам питания цеха и вносим в графы 4,5,6 табл.2.3

 На примере Ш-1 

 Р_р.доп=К_и∙ Р_н.доп=0,73 ∙100=73кВт

    Q_р.доп= Р_р.доп∙ tgφ=73∙0,67=48,91квар

Полученные значения заносятся в графы 7,8 и 11,12 таб. 2.3 

                  2.2 Расчёт мощьности КУ. 

Определяем реактивную мощность освещения по формуле;

          Qк.у.=Qc-Qp=140-409,16 = -269,16 квар, (2.2.1)

Принемаем к  установке компесирующее устройство (мощностью 250 квар) выбираем 2 установки (1-я мощностью 100квар, 2-я 150квар) 

          КРМ-0,4-100-10-61

          КРМ-0,4-150-25-61

Где, КРМ- компесатор реактивной мощности,

         0,4- номинальное напряжение. кВ,

         100(150)- мощность КРМ, квар,

        

  25(10)- номинальная мощность линии ступени, квар, 

         

          6- кол-во ступеней,

          1- тип контроллера DCRE 

Результаты вычислений и расчётов сведены в таблицу 2.3.

                          

                    2.3 Выбор электрооборудования силовой сети.

1 Выбор шинопроводов и распределительных пунктов.

Выбор шинопроводов производится по следующим условиям:

1) По расчётному  току. I_p≤I_нш

I_p=263А. выбираем ближайший ШРА4-400-32-1у3

I_нш=400А

R₀=0.15ОМ

X₀=0.17Ом

j_дин=25кА

2) Проверяется  на электродинамическую стойкость.

I_дин≥j_ударн

j_ударн=16кА, в точке кз на шине НН.

25000≥16000  условия соблюдаются.

3) Проверяем  на потерю напряжения

∆U℅=√3*100*∑P*L 

                   U_H                  *(r₀*cosφ+x₀*sinφ) 

∆U℅=1.73*100*263*0.048

380. *(0.15*0.88+0.17*0.01)=0.74℅

для данного  шинопровода допускается потеря напряжения 6,37℅, поэтому условие соблюдено. 

 Выбор распределительных  пунктов производиться по следующим  условиям:

 1) Из  таблицы расчёта нагрузок берём  расчётные токи ко всем силовым  пунктам СП-1  I_расч=23,8А.

 2) Из табл. А.7 , определяем номер схемы: №073

 3) После  этого находим автоматический выключатель на вводе к силовому пункту   ВА56-39(0,54)146

 4)  Затем определяем нужное количество  ответлений для каждого ЭП  питающегося от данного СП. Выбираем ПР8501-1000

 

 Выбор остальных СП производим аналогично. Результаты сведены  в таблицу.       

                     

                  

           2 Выбор пусковой и защитной аппаратуры. 

   При выборе  пусковой и защитной аппаратуры  мы берем за основу данные  таблицы 2.1[пз]

2.1. Из таблицы 2.1 выбирают значение Р_ном, I_ном и К_I:

Берем продольно-фрезерный станок, №14

      Р_ном=18,5кВт

      I_ном=37,19А  -+

      К_I =0,12

 2.2. Определяем пусковой ток электроприемника, Iпуск, А:

       I_пуск=К_I∙I_ном=6,5∙37,19=241,73А

 2.3. Определяем  расчетный ток, Iр, А:

       I_р=I_ном   (для однодвигательного механизма)

 

       I_р=∑I_ном∙К_заг   (для многодвигательного механизма)К_заг для продолжительного режима равен 0,9; для повторно кратковременного=0,75 и для продолжительного режима =1.(стр.86).

 В данном случае:

       I_р=I_ном=37,19А .

 2.4. Определяем пиковый ток:

       I_пик=I_пуск   (для однодвигательного механизма)

       I_пик=I_{пуск.ниаб}+∑I_ном   (для многодвигательного механизма)

        В нашем случае:

                                                         I_пик=I_пуск=241,73А

 2.5. При выборе автоматического выключателя нужно выполнить 2 условия:

       I_н.за>I_р   (8.33)[3]

       I_н.р>К₁∙I_р   (3.11) [4]

       где: I_н.за – номинальный ток защитного аппарата, А;

               I_н.р – номинальный ток расцепителя, А;

                К₁, –поправочный коэффициент учитывающий кол-во двигателей; при 1ом-1,25; при 2х-1,1.

       

  I_н.р>1,25∙37,19=46,48А                                                                                                 

 По I_н.р выбираем автоматический выключатель по табл.3,62[2] .

       ВА51-31   100/50

       Данные заносятся в таблицу 2.7.

 2.6. Выбранный автоматический выключатель проверяем по пусковым условиям:

       I_с.о>К₂∙I_пик  (3.19)[4]

       где:  К₂- поправочный коэффициент учитывающий кол-во двигателей. При одном двигателе-1,2; при нескольких -1,25. [4]

               I_с.о – ток срабатывания отсечки, А;

       I_с.о>1,25∙241,73=302,16А

 2.7. Определяем номинальный ток пускателя  I_н.п, А:

       I_н.п>К_з∙I_н.эп      

     

 

 

  где:  К_з=1 для пускателей ПМЛ (табл.3,62)[2]

       I_н.п=1∙37,19=37,19 А

2.8. Выбираем тип магнитного пускателя (таблица 3.70)[2]:

       ПМЛ 3210/40

 2.9. Определяем номинальный ток нагревательного элемента:

       I_н.э, А

       I_н.э>I_{н. эп}   (8.37)[2]

       I_н.э=80А

 2.10.Выбираем тепловое реле (таблица 3.71) [2]

       РТЛ 405704/80-45

 Для остальных  электроприемников выбор пусковой и защитной аппаратуры производится аналогично. Результаты сведены в  таблицу 2.6 
 

              

        3 Определение сечения и выбор марки проводов.