Электроснабжение производственного цеха

     Содержание 

     Введение 2

     1 Общий раздел 3

     1.1  Характеристика производства, предприятия, цеха. 3

     2 Расчетно-технический раздел 4

     2.1  Характеристика потребителя электроэнергии. 4

     2.2   Анализ электрических нагрузок. 4

     2.3 Выбор рода тока и напряжения. 7

     2.4 Расчет электрических нагрузок. 7

     2.5 Компенсация реактивной мощности. 9

     2.6 Выбор типа и числа подстанций. Выбор числа и мощности трансформаторов. 11

     2.7  Расчет и выбор питающих и распределительных сетей до 1000В. 17

     2.8 Расчет и выбор внутриплощадочной сети выше 1000В 19

     2.9 Расчет токов короткого замыкания. 20

     2.10 Выбор токоведущих частей и аппаратов по условиям короткого замыкания. 23

     2.11 Расчет заземляющего устройства 25

     Вопрос ТБ 27

     Список использованных источников 30

 

      Введение

 

     Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределением электроэнергии. В состав единой энергетической системы страны (ЕЭС) входят девять энергообъединений, охватывающих почти 2/3 территории страны, где проживает более 80% населения. 

     Перед энергетикой в ближайшем будущем стоит задача всемирного развития и использования возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной,  ветровой, проливной и др.; развития комбинированного производства электроэнергии и теплоты для централизованного теплоснабжения промышленных городов.

     Широкая автоматизация и механизация производственных процессов н основе применения электроэнергии требует от персонала осуществляющего эксплуатацию, проектирование и монтаж, электрифицированных устройств, в частности от техников-электриков, хороших знаний, теорий и практики электропривода и основ управления.

 

      1 ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

     1.1  Характеристика производства, предприятия, цеха.

 

     Отрасль промышленности - машиностроительная.

     Предприятие предназначено для выпуска сельскохозяйственных машин.

     Цех механический предназначенный для механической и термической обработки деталей машин. Режим работы - 3 смены по 8 часов каждая, помещение цеха сухое, нормальное, особо опасное.

     Относительная влажность не превышает 60%.

     Температура воздуха 35⁰.

     Особо опасное помещение характеризуется наличием двух условий повышенной опасности: токопроводящие железобетонные полы, возможность одновременного прикосновения человека к материалоконструкциям здания, технологическим аппаратам и механизмов, имеющие соединения с землей с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой стороны.

 

      2 РАСЧЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

     2.1  Характеристика потребителя электроэнергии

 

     Потребителями электроэнергии являются электроприемники цеха- промышленное оборудование установленное в соответствии с технологией цеха.

1. Конвейеры  SPн = 350 кВт.
2. Краны SPн = 250 кВт.
3. Металлообрабатывающие станки SPн = 200 кВт.
4. Вентиляторы  SPн = 100 кВт.
5. Прочая нагрузка  SPн = 200 кВт.

     Согласно заданию нагрузки потребители второй категории составляют 60%.

     Потребители 2 категории 40%.

     Краны работают в повторно- кратковременном режиме, а остальные приемники в длительном.

     2.2   Анализ электрических нагрузок

     Электрические нагрузки отдельных электрических приемников цеха зависят от технологического режима работы проводимых механизмов, аппаратов.

     Изменение электрических нагрузок электроприемников всех звеньев системы электроснабжения во времени изображают в виде графиков нагрузки.

     Суточный график нагрузки приведен в таблице 1.

     Таблица 1.

     

 

      Продолжение таблицы 1.

       

     По суточному графику нагрузки определяем

1. Суточный расход электроэнергии W_{a сут}:

     Wа сут=SPм ∙ tn сут = Р_0-2 ∙ t_0-2 + P_2-4∙ t_2-4 + P_4--8∙ t_4--8 + P_8-10∙ t_8-10+ P_10-14·∙ t_10-14+P_14-16∙t_14-16+P_16-17∙t_16-17+P_17-19∙t_{17-19 +} P_19-21∙t_{19-21 +} P_21-24∙t_21-24  = 2∙40+2∙100+4∙60+2∙90+4∙50+2∙70+1∙50+2∙80+2∙100+3∙40= 1570 кВт

     где Wа сут - суточный расход электроэнергии

            Рм - мощность каждого периода времени

            tn сут - продолжительность каждого периода времени в сутки (час)

     2) Определим коэффициент загрузки графика Кз.г.

     Кз.г. = Wа сут / 2400= 1570 / 2400= 0,65    (2.1.)

      Рабочие дни (3 смены по 8 часов) 300 дней

     Траб = 300 ∙ 24 = 7200

     Нерабочие дни- 65 дней  Тнраб = 65 ∙ 24 = 1560

     Таблица 2

     

 

      Продолжение таблицы 2.

       

     По годовому графику нагрузки определяется:

     1) Годовой расход электроэнергии Wа год                  

     Wа год =S Рn ∙ tn год                                                        (2.2.)

     где Wа год - годовой расход электроэнергии;

     Рn - мощность каждого периода времени;

     tn год - продолжительность каждого периода времени в год (час)

     Wа год = 40 ∙ 600 + 100 ∙ 600 + 60 ∙ 1200 + 90 ∙ 600 + 50 ∙ 1200 + 70 ∙  600 + 50 ∙ 300 + 80 ∙ 600  + 100 ∙ 600 + 40 ∙ 900= 471000 кВт

1. Число часов, используемых максимумов нагрузки Тmax

     Тmax =Wа год / Рn = 471000 / 100 = 4710 час    (2.3.)

     где Wа год - годовой расход электроэнергии

     Рn - мощность каждого периода времени

2. Время максимума потерь t

     t = (0,124 + Т / 10000)² ∙ 8760  (2.4.)

     где t - время максимальных потерь

     Т - число максимальных нагрузок (час)

     t = (0,124 + 1200 / 10000)² ∙ 8760 = 521;

     t = (0,124 + 900 / 10000)² ∙ 8760 = 401;

     t = (0,124 + 600 / 10000)² ∙ 8760 = 296;

     t = (0,124 + 300 / 10000)² ∙ 8760 = 207;

     2.3 Выбор рода тока и напряжения

 

     Основными группами электроприемников, составляющими суммарную нагрузку объектов, являются электродвигатели производственных механизмов, сварочные установки, печные и силовые трансформаторы, электрические печи, выпрямительные установки, светильники всех видов искусственного света и др.

     По роду тока различаются электроприемники, работающие: от сети переменного тока нормальной промышленной частоты f = 50 Гц; от сети

     переменного тока повышенной или пониженной частоты; от сети постоянного тока.

     По напряжению электроприемники классифицируются на две группы:

     1) Электроприемники, которые могут получать питание непосредственно от сети 3,6 и 10 кВ.

     2) Электроприемники, питание которых экономически целесообразно на напряжение 380-660 В.

     Отдельные потребители электроэнергии исполняют для питания высокоскоростных электродвигателей токов повышенной частоты 180-400 Гц.

     В данном цехе питание осуществляется от сети напряжением 380 В и частотой тока 50 Гц.

     2.4 Расчет электрических нагрузок

 

     Расчет электронагрузок производится с целью рассчитать электрочасть, т.е. выбрать электрические аппараты и токоведущие части на всех участках системы электроснабжения, а также для выбора числа и мощности трансформаторов, на которые должно быть равномерно распределена электрическая нагрузка.

     Электрические нагрузки промышленных предприятий определяется выбор всех элементов системы электроснабжения. Поэтому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации сетей.

     

     Расчет начинают с определения максимальной мощности каждого электроприемника независимо от его технического процесса.

     Расчет производится по формуле.

     Pmax = SPном ∙ Kс  (2.5.)

     Где Pmax - максимальная расчетная мощность

             Кс - коэффициент спроса

             Рном - номинальная мощность приемника

     Pmax = 350 ∙ 0,2 = 70 кВт.

     Pmax = 250 ∙ 0,2 = 50 кВт.

     Pmax = 200 ∙ 0,2 = 40 кВт.

     Pmax = 100 ∙ 0,7 = 70 кВт.

     Pmax = 200 ∙ 0,65 = 130 кВт.

     Затем производится расчет средней мощности нагрузки по формуле

     Рсм=Рmax∙Кз.г.  (2.6.)

     где Рсм - средняя мощность нагрузки (кВт)

            Рmax - максимальная активная мощность (кВт)

            Кз.г. - коэффициент загрузки графика

     Рсм =70 ∙ 0,57 = 39,9 кВт.

     Рсм = 50 ∙ 0,57 = 28,5 кВт.

     Рсм = 40 ∙ 0,57 = 22,8 кВт.

     Рсм = 70 ∙ 0,57 = 39,9 кВт.

     Рсм = 130 ∙ 0,57 = 74,1 кВт.

     Рассчитать реактивную среднюю мощность по формуле

     Qсм = Рсм ∙ tg j  (2.7.)

     где Qсм - реактивная средняя мощность (кВар)

            Рсм - средняя мощность нагрузки (кВт)

     Qсм = 39,9 ∙ 1,73 = 69 кВар.

     Qсм = 28,5 ∙ 1,73 = 49,3 кВар.

      Qсм = 22,8 ∙ 1,33 = 30,3 кВар.

     Qсм = 39,9 ∙0,75 = 29,9 кВар.

     

     Qсм = 74,1 ∙ 0,86 = 63,7 кВар .

     Реактивная максимальная мощность Qmax

     Qmax = Qсм                                                                                  (2.8.)

     где Qсм - реактивная средняя мощность (кВар)

            Qmax - реактивная максимальная мощность (кВар)

     Qmax = 69 кВар.

     Qmax  = 49,3 кВар.

     Qmax  = 30,3 кВар.

     Qmax = 29,9 кВар.

     Qmax = 63,7 кВар.

     Определим сумму активной и реактивной мощности

     SPmax = Pmax1+Pmax2+Pmax3+Pmax4+Pmax5   (2.9.)

         где SPmax - сумма активной мощности (кВт)

         Pmax1- Pmax5 - максимальная активная мощность (кВт)

         SPmax = 39,9+28,5+22,8+39,9+74,1= 205,2 кВт

     SQmax=Qmax1+ Qmax2 + Qmax3 + Qmax4 + Qmax5   (2.10.)

     где SQmax - сумма максимальной реактивной мощности (кВар)

          Qmax1- Qmax5 - максимальная реактивная мощность (кВар)

     SQmax = 69+49,3+30,3+29,9+63,7= 242,2 кВар

     Полная максимальная мощность Smax

     Smax =

   (2.11)

     Где Smax - полная максимальная мощность (кВ∙А)

       SPmax - сумма максимальной активной мощности (кВт)

       SQmax - сумма максимальной реактивной мощности (кВар)

     Smax = √205,22 + 242,22 = 317,4 кВ∙А

     2.5 Компенсация реактивной мощности

 

     Электрическая сеть представляет собой единое целое, и правильный выбор средств компенсации для сетей промышленного предприятия напряжением до 1000 В, а так же в сети 6-10 кВ можно выполнить при совместном решении задач.

     На промышленных предприятиях основные потребители реактивной мощности присоединяются к сетям до 1000 В. Компенсация реактивной мощности потребителей может осуществляться при помощи синхронных двигателей или батарей конденсаторов, присоединенных непосредственно к сетям до 1000 В, или реактивная мощность может передаваться в сети до 1000В   со  стороны напряжением 6-10 кВ от СД, БК, от генераторов ТЭЦ или сети энергосистемы.

     При выборе компенсирующих устройств подтверждается необходимость их комплексного использования как для поддержания режима напряжения в сети, так и для компенсации реактивной мощности.

     Мощность Qкб компенсирующего устройства (кВар) определяется как разность между фактической наибольшей реактивной мощностью Qм нагрузки потребителя и предельной реактивной мощностью Qэ представляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы:

             Qкб = Qм - Qэ = Pmax [(tg jм- tg jэ)]                                   (2.12)

     где Qкб - расчетная мощность конденсаторной установки (кВар)

     Qм - средняя активная нагрузка по цеху за максимально загруженную смену (кВар)

     Qэ - реактивная мощность передаваемая предприятию из энергосистемы (кВар)

     Рассчитаем мощность конденсаторной установки, для этого воспользуемся формулой:

     Qкб= 205,2 ∙ (0,73 - 0,33) = 82,1 кВар                                      (2.12)

     Sм =                                              (2.13)

     

     где Sм - полная мощность конденсаторной установки (кВ∙А)

     SPmax - суммарная активная мощность (кВт)

     SQmax - суммарная реактивная максимальная мощность (кВар)

     Qкб - мощность конденсаторной установки (кВар)

     Sм =√205,22 + (242,2-81,1)2 = 260,3 кВ∙А

     2.6 Выбор типа и числа подстанций. Выбор числа и мощности трансформаторов

     Выбор типа и схемы питания подстанций, а также числа трансформаторов обусловлен величиной и характером электрических нагрузок.

     ТП должны размещаться как можно ближе к центру потребителей. Для этого должны применяться внутрицеховые подстанции, а также встроенные в

     здание цеха или пристроенные к нему ТП, питающие отдельные цехи (корпуса) или части их.

     ТП должны размещаться вне цеха только при невозможности размещения внутри него или при расположении части нагрузок вне цеха.

     Число и мощность трансформаторов выбираются по перегрузочной способности трансформатора. Для этого по суточному графику нагрузки потребителя устанавливается продолжительность максимума нагрузки t (4) и коэффициент заполнения графика Кз.г. = Sср / Smax , где Sср и Smax - средняя и максимальная нагрузка трансформатора. По значениям Кз.г. и t определяется коэффициент кратности допустимой нагрузки  [1; стр. 222]

     Кн = Smax / Sном = Imax / Iном                                                     (2.14)

     В данном проекте Кн = 1,23                                           

     Кн = 1,16 т.к. tmax = 4

     Рассчитаем номинальную мощность трансформатора с учетом коэффициента кратности допустимой нагрузки и максимальной мощности с учетом расчетной мощности конденсаторной батареи

     Sном тр-ра = Smax / Кн = 260,3 / 1,16 = 224,4 кВ∙А                 (2.15)

     

     Произведем технико-экономическое сравнение между трансформатором типа ТМ 160/10 и ТМ 250/10

     SII =0,4 ∙ Smax = 0,4 ∙ 260,3 = 104,1                                           (2.16)

     0,4 т.к.  SII = 40%

     

     1) Smax / 2 Sнт = 260,3 / 320 = 0,81                                           (2.17)

     2) Smax / 2 Sнт = 260,3 / 500 = 0,52                                            (2.18)

     Решения для заполнения таблицы трансформатора типа ТМ 250/10

     t находится по формуле t = (0,124+Тст/10000)2 ∙ 8760

     t1 = (0,124 + 600 / 10000)2  ∙ 8760 = 296; t2 = 296;

     t3 = (0,124 + 1200 / 10000)2 ∙ 8760 = 521; t4 = 296; t5 = 521; t6 = 296;

     t7 = (0,124 + 300 / 10000)2 ∙ 8760 = 207;

     t8 = 296; t9 = 296;

     t10 = (0,124 + 900 / 10000)2 ∙ 8760 = 401;

     Кзт - коэффициент загрузки трансформатора, определяется в два действия:

     1)  К = Smax / 2 Sнт = 260,3 / 500 = 0,52                                     (2.19)

     2)  Кзт1 = Р% / К = 0,4 / 0,52 = 0,7

         Кзт2 = 1/0,52 = 1,92                                Кзт8 = 0,9/0,52 = 1,73

         Кзт3 = 0,6/0,52 = 1,15                             Кзт9 = 1/0,52 = 1,92

         Кзт4 = 0,9/0,52 = 1,73                             Кзт10 = 0,4/0,52 = 0,77

         Кзт5 = 0,5/0,52 = 0,96                            

        Кзт6 = 0,7/0,52 = 1,35                             

        Кзт7 = 0,5/0,52 = 0,96

     Данные трансформаторов по потерям приведены в таблице 3.

      Таблица 3