Электроснабжение промышленных предприятий. 4

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ 

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский  государственный университет им. М. Козыбаева

 

Факультет энергетики и  машиностроения

Кафедра энергетики и  приборостроения

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

“ЭСН и ЭО участка механосборочного цеха”

 

Дисциплина: "Электроснабжение промышленных предприятий"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Салтнова Е.Н

Проверил ст. преподаватель: Кашевкин А.А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Петропавловск 2012

 

Содержание

 

1 Введение……………………………………………………...…………...............3

2 Общие сведения о предприятии ……………………………….………………..5

2.1 Краткая характеристика  предприятия и электроприемников………...5

3 Расчетно-конструкторская часть …………………………………………….....8

3.1 Категория надежности  электроснабжения и выбор 

схемы электроснабжения …………………………………………………..8

3.2 Расчет электрических  нагрузок и выбор трансформатора ….………..9

3.3 Компенсация реактивной  мощности.....………………………………20

3.4 Расчет осветительной  сети ……………………………………………21

3.5 Расчет и выбор  аппаратов защиты и линий электроснабжения  ……24

3.6 Расчет токов короткого замыкания.…………………………………..34

3.7 Проверка элементов  цеховой сети...………………..………………...42

4 Вопросы электробезопасности…………………………………………………46

4.1 Основные понятия  и определения……………………………….........46

4.2 Основные технические  и организационные мероприятия по

безопасному проведению работ в действующих электроустановках….47

4.3 Защитные средства…………………………………………………….48

Заключение………………………………………………………………………..49

Список литературы…………………………………………….............................50

 

Тема 14. ЭСН и ЭО участка механосборочного цеха

 

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 +5 °С. Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 6 и 8 м каждый.

Размеры участка A*В*Н= 50*30*9 м.

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

Перечень ЭО участка  механосборочного цеха дан в таблице 3.14.

Мощность  электропотребления (Р1П) указана для одного электроприемника.

Расположение основного  ЭО показано на плане (рис. 3.14).

 

Таблица 1. Перечень ЭО участка механического цеха.

№на плане

Наименование ЭО

Вариант

Примечание

1

2

3

4

1...3

Наждачные станки

1.8

1 -фазные

4...6

Карусельно-фрезерные  станки

12.5

  

7,8

Вертикально-протяжные  станки

15

  

9...11

Токарные полуавтоматы

18

  

12...14

Продольно-фрезерные  станки

34

  

15,23

Горизонтально-расточные  станки

12.8

  

16, 17

Вертикально-сверлильные  станки

5.5

  

18, 19

Агрегатные горизонтально-сверлные станки

11

  

20,21

Агрегатные вертикально-сверлильные  станки

9

  

22,29

Шлифовально-обдирочные станки

4.5

  

24,25

Вентиляторы

5

  

26,27

Кругл ошлифовальные  станки

3.5

  

28

Закалочная установка

25

  

30,31

Клепальная машина

6.2

  

 

 

2 Расчетно-конструкторская часть

 

 

2.1 Категория надежности электроснабжения и выбор схемы электроснабжения

Категории надежности электроснабжения 1,2,3. Требования к источникам электроснабжения.

 

По надежности электроснабжения приемники  электроэнергии разделяют на три категории. Электроприемниками первой категории являются  электроприемники, перерыв в работе которых может привести к тяжелым последствиям: угрозе жизни людей,  крупному материальному ущербу, порче технологического оборудования, массовому браку в производимой продукции, сбою  в сложном технологическом процессе, срывам в работе коммунального хозяйства. К особой группе внутри первой категории электроснабжения относятся электроприемники, постоянная работа которых нужна для штатной остановки производства при спасении людей, предотвращении взрывов, возгораний и порчи дорого оборудования.  Электроприемниками второй категории являются  электроприемники, перерыв в работе которых ведет к сбоям в отгрузке продукции, простоям персонала, машин и механизмов, сбою нормальной жизнедеятельности населения. К электроприемникам третьей категории относятся все прочие электроприемники.

Электроприемники 2 категории электроснабжения также рекомендуется запитывать от двух независимых источников питания. При отсутствии напряжения на первом вводе второй ввод включается вручную дежурным или членом аварийной бригады. Для воздушной линии допустимо использовать одну линию с возможностью ремонта в течении 24 часов. Для второй категории электроснабжения возможно  питание по одной кабельной линии из нескольких кабелей от одного аппарата. При возможности замены трансформатора за 24 часа допустима запитка от одного трансформатора.

 

 

2.2 Расчет электрических нагрузок и выбор трансформатора

 

Порядок расчета.

Расчет электрических нагрузок проводится для определения величин затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий. Расчетная величина электрических нагрузок Рр определяет технические решения и указывает затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие субъектов электроэнергетики, на построение и функционирование объектов электрики.

Расчет нагрузки будет произведен по методу упорядоченных диаграмм. При наличии данных о числе  электроприемников, их мощности, режимах  работы его рекомендуют применять  для расчетов элементов системы электроснабжения 2УР, 3УР (завод нестандартного оборудования является 3УР), питающих силовую нагрузку до 1 кВ.

Порядок расчета:

1. Составляется перечень силовых  электроприемников с указанием  их номинальной (установленной)  мощности.

2. Определяется рабочая смена  с наибольшим потреблением электроэнергии  и выделяются характерные сутки.

3. Описываются особенности технологического  процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с  высокой неравномерностью нагрузки (которые рассчитывают по максимуму эффективной нагрузки).

4. Исключаются из расчета: а)  электроприемники малой мощности; б) резервные по условиям расчета  электрических нагрузок; в) Включаемые  эпизодически.

5. Определяются группы электроприемников,  имеющих одинаковый тип (режим) работы, и выделяются из них подгруппы, имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования.

6. Выделяются электроприемники  одинакового режима работы, и  определяется их средняя мощность:

 

,                                 (1)

 

где - номинальная мощность отдельного электроприемника.

 

7. Вычисляется средняя  реактивная нагрузка:

 

,                             (2)

 

где tgφi – коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности cosφ, характерному для i-го электроприемника.

 

8. Находится групповой  коэффициент использования Ки активной мощности:

 

,                            (3)

 

где - установленная мощность подгруппы.

 

9. Рассчитывается эффективное число  электроприемников в группе из n электроприемников:

,                          (4)

 

где nэ – число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Pmax , что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы. При числе электроприемников в группе четыре и более допускается принимать nэ равным n (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника к номинальной мощности меньшего меньше трех. При этом при определении значения n допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы.

10. По справочным данным в  зависимости от (3) и (4) и постоянной  времени нагрева То принимается величина расчетного коэффициента Кр.

11. Определяется расчетный максимум  нагрузки:

 

.                                (5)

 

Значение расчетного коэффициента активной мощности Кр для То=2,5ч – сетей напряжением до 1 кВ, питающих 3УР.

Результаты расчетов нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности сводят в таблицу.

 

 

Расчет электрических  нагрузок.

Исходные данные: категория электроснабжения – 2;

Суммарная площадь S = 1500 м2;

Электроприемники приведены в  таблице 1, а их технические характеристики в таблице 2.

Так как некоторое оборудование (прессы, гильотинные ножницы) используются редко, следовательно, коэффициент использования очень мал, то при расчете нагрузок они учитываться не будут.

Электроснабжение участка механического цеха (рисунок 1) осуществляется от одного трансформатора, выбраны распределительные устройства видов ШМА, РП и ЩО.

 

 

Таблица 2 – Сводная ведомость нагрузок по предприятию

Наименование

РУ и ЭП

Нагрузка 

установленная

Нагрузка средняя

за смену

Нагрузка

максимальная

РН,

кВт

n

РНΣ,

кВт

КН

cosφ

tgφ

m

Рсм,

кВт

Qсм,

кВар

Sсм,

кВА

nэ

Км

К1м

Рм,

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

РП 1

Наждачные станки

1,8

3

5,4

0,14

0,5

1,73

-

0,76

1,3

1,5

-

-

-

0,76

1,3

1,5

2,3

РП 2

Вентиляторы

5

2

10

0,6

0,8

0,75

-

6

4,5

7,5

-

-

-

19,3

4,95

20

30

ШМА 1

Карусельно-

фрезерные станки

12,5

3

37,5

0,14

0,5

1,73

  

5,25

9,1

10,5

    

1,1

17

10

19,7

29,8

Вертикально-протяжные

станки

15

2

30

0,14

0,5

1,73

  

4,2

7,3

8

    

1,1

14

8

16

24

Токарные полуавтоматы

18

3

54

0,14

0,5

1,73

  

7,56

13,1

15

    

1,1

24,5

14,3

28

42

Продольно-

фрезерные станки

34

3

102

0,14

0,5

1,73

  

14,28

24,7

28,5

    

1,1

46

27,2

52

79

Горизонтально-расточные

12,8

2

25,6

0,17

0,65

1,17

  

4,4

5,1

6,7

    

1,1

14,2

5,6

15

23

Клепальная машина

 

6,2

2

12,4

0,2

0,6

1,33

  

2,5

3,3

4

    

1,1

8,1

3,6

8,8

13

Всего по ШМА 1

  

15

261,5

  

0,54

1,6

>3

38,2

62,6

72,7

15

3,22

1,1

124

68,7

140

211

ШМА 2

Вертикально-

сверлильные станки

5,5

2

11

0,14

0,5

1,73

  

1,54

2,7

3

    

1,1

5

2,97

5,8

8,7

Агрегатные  горизонтально-сверлные станки

11

2

22

0,14

0,5

1,73

  

3,1

5,3

5,5

    

1,1

9,9

5,83

12

18

Агрегатные вертикально-

сверлильные станки

9

2

18

0,14

0,5

1,73

  

2,5

4,3

4,9

    

1,1

8,1

4,7

9,4

14

Шлифовально-обдирочные станки

4,5

2

9

0,17

0,65

1,17

  

1,5

1,8

2,3

    

1,1

4,8

2

5,2

7,8

Круглошлифо-вальные  станки

3,5

2

7

0,14

0,5

1,73

  

0,98

1,7

1,96

    

1,1

3,2

1,9

3,7

5,6

Закалочная установка

25

1

25

0,75

0,95

0,33

  

18,8

6,2

19,8

    

1,1

61

6,9

61

92

Всего по ШМА 2

  

11

92

  

0,6

1,4

>3

28,42

22

37,5

11

3,22

1,1

92

24,3

97

146

ЩО

ОУ с лампами накаливания

ГРЛ

-

-

15

0,85

0,95

0,33

--

12,8

4,2

13,5

-

-

-

12,8

4,2

13,5

20

Всего на ШНН

              

76,02

90,8

121,7

-

-

-

248,5

102,7

272,2

-

ПОТЕРИ

                          

5,44

27,2

27,7

-

Всего на ВН

                          

253,9

129,9

315,3

-


 

 

Нагрузка однофазного ПКР, включенная на линейное напряжение, приводится к длительному режиму и к условной трехфазной мощности.

ЭП № 1, 2 ,3 Наждачные станки

Рисунок 1 - Распределение однофазной нагрузки по фазам

 

Определяется методом  удельной мощности нагрузка ОУ:

 

.

 

 

тогда .

 

Определим площадь, освещаемую ГРЛ:

 

,

 

тогда .

 

Расчет для РП1:

Колонки 1-7 заполняются  из таблицы 2;

Определяются  ; результат заносится в колонку 9;

 результат заносится в колонку 10;

 результат заносится в колонку 11.

Определяется  ; результат заносится в колонку 12.

 

Определяется  ; результат заносится в колонку 13.

При nЭ<10, =1,1:

 результат заносится в колонку 15;

 результат заносится в колонку 16;

 результат заносится в колонку 17.

 

 

.

.

.

.

 

 

Расчет для РП2:

 

.

.

.

 

Расчет для ШМА 1:

Колонки 1-7 заполняются  из таблицы 2;

 

Определяются  ; результат заносится в колонку 9;

 результат заносится в колонку 10;

 результат заносится в колонку 11.

Определяется  ; результат заносится в колонку 12.

 

.

 

Определяется  ; результат заносится в колонку 13.

При nЭ<10, =1,1:

 результат заносится в колонку 15;

 результат заносится в колонку 16;

 результат заносится в колонку 17.

 

 

 

Расчет для ШМА 2:

Колонки 1-7 заполняются  из таблицы 2;

 

Определяются ; результат заносится в колонку 9;

 результат заносится в колонку 10;

 результат заносится в колонку 11.

Определяется  ; результат заносится в колонку 12.

 

.

 

Определяется  ; результат заносится в колонку 13.

При nЭ<10, =1,1:

 результат заносится в колонку 15;

 результат заносится в колонку 16;

 результат заносится в колонку 17.

 

.

 

 

 

Выбор трансформатора.

Определяем потери в трансформаторе:

 

;

;

.

 

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности:

 

.

 

По справочнику выбираем ТМ 400-10/0,4

; ; ;

  .

 

.

 

 

3 Компенсирующее устройство

 

 

Таблица 3 Исходные данные из таблицы 2

Параметры

cos φ

tg φ

Рм, кВт

Qм, кВт

Sм, кВт

Всего на НН

Без КУ

0,91

0,4

248,5

102,7

272,2


 

                

 

Принимаем   = 0,33

 

Выбираем УК 1-0,38-50

 

 

Таблица 4 Сводная ведомость  нагрузок

Параметры

cos φ

tg φ

Рм, кВт

Qм, кВт

Sм, кВт

Всего на НН

Без КУ

0,91

0,4

248,5

102,7

272,2

КУ

      

50

  

Всего на НН

с КУ

0,97

0,18

248,5

52,7

254

Потери 

    

5

25,4

25,8

Всего на ВН

с КУ

    

253,5

78,1

265,26


 

                 ;

 

Выбрано УК -0,38-50;

Трансформатор по справочнику выбираем ТМ 400-10/0,4; для КТП - 400-10/0,4;

 

 

3.4 Расчет осветительной  сети

 

Электроосвещение – важная часть электрики. На промышленных предприятиях 5-10% и более потребляемой энергии затрачивается на электрическое освещение. Рациональное освещение рабочих мест, производственных помещений и территорий предприятий способствует повышению производительности труда, качества работ, снижает вероятность производственных травм и имеет весьма важное гигиеническое значение.

В качестве источника  света на промышленных предприятиях широко применяют лампы накаливания  и газоразрядные лампы.

Для питания установок электроосвещения преимущественно применяют сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением 380/220 В.

Существует несколько  методов расчета общего освещения. Простейший способ светотехнического  расчета освещения - метод коэффициента использования. По этому методу потребный световой поток ламп в каждом светильнике Ф рассчитывается по формуле:

 

,                                     (6)

 

где Е – заданная минимальная освещенность, лк;

k – коэффициент запаса;

S – освещаемая площадь, м2;

z – отношение средней освещенности к минимальной;

N – число светильников (как правило намечаемое до расчета);

η – коэффициент использования светового потока в долях единицы.

 

По найденному световому  потоку Ф выбирают ближайшую стандартную  лампу, поток которой не должен отличаться больше чем на -10…+20%.

Все помещения, кроме  основного (ремонтно-механического), освещаются лампами накаливания. Ниже приведен расчет освещения для ремонтно-механического цеха, освещаемого ГРЛ.

Расположение светильников (рисунок 4) выбрано с учетом всех правил, но откорректировано с учетом условий конструкции перекрытий и размещением технологического оборудования, а также необходимостью увеличения или возможностью снижения освещенности в отдельных точках рабочей поверхности. Из рисунка видно, что количество светильников N =20.

 

Рисунок 2 – Расположение светильников в ремонтно-механическом цехе

 

Так как зрительная работа средней точности, то есть наименьший размер объекта различения 0,5-1 мм (разряд зрительной работы IVб), то по справочным данным выбираем Е=500 лк. Коэффициент использования светового потока η=0,67. Он также выбирается по справочным данным в зависимости от коэффициента отражения потолка 0,7, пола 0,5, а также индекса помещения, который рассчитывается по формуле:

 

,

 

где S – площадь помещения, м2;

h – высота помещения, м;

А и В – длина и ширина помещения соответственно, м.

 

При размещении светильников по квадратам прямоугольникам отношение  средней освещенности к минимальной z=1,15. Коэффициент запаса для инструментальных цехов k=1,5. По формуле (6) вычисляю световой поток одной лампы:

 

ГРЛ-250, характеристики которой представлены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Характеристики ГРЛ-250

Параметр

Значение параметра

Номинальный ток, мА

250

Габариты, мм

228Х91

Средняя продолжительность  горения, ч

12000

Световой поток, лм

11500


 

 

3.5 Расчет и выбор аппаратов защиты и линий электроснабжения

 

В сетях и установках напряжением до 1 кВ возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением тока (сверхтоком), к которому приводят перегрузки, самозапуск электродвигателей, короткое замыкание. Эти ненормальные режимы могут привести к повреждению электрических сетей и оборудования, созданию ситуаций, опасных для персонала. Поэтому сети и установки должны быть защищены от перегрузок и токов короткого замыкания.

Согласно ПУЭ сети разделяют на защищаемые от перегрузок и токов короткого замыкания, и на защищаемые только от токов короткого замыкания. Защите от перегрузок подлежат следующие сети:

  • внутри помещений, выполненные проложенными открыто незащищенными изолированными проводами или проводами с горючей оболочкой;
  • внутри помещений, выполненные защищенными проводами, проложенными в трубах, несгораемых строительных конструкциях и т.п.;
  • сети освещения общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также пожароопасных производственных помещений;
  • силовые сети на промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режима работы сетей может возникать их длительная перегрузка;
  • сети всех видов во взрывоопасных наружных установках независимо от условий технологического процесса или режима работы сетей.

Все остальные сети не требуют защиты от перегрузок и должны быть защищены только от токов короткого  замыкания.

Основными аппаратами защиты сетей напряжением 380-660 В являются предохранители с плавкими вставками  и автоматические воздушные выключатели. От них требуется кратчайшее время отключения и обеспечение селективности. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и токи срабатывания расцепителей автоматических выключателей должны быть минимально возможными, но не приводящими к отключению цепи при пуске электродвигателей и кратковременных перегрузках.

Защитные аппараты устанавливают  в начале каждой ветви сети, т.е. на каждой линии, отходящей от шин подстанции и силовых пунктов, на каждом ответвлении  от линии, на трансформаторных вводах.

Предохранители применяют  в основном для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Предохранитель представляет собой аппарат, содержащий плавкую вставку, калиброванную  на определенный ток и выполненную  из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают ток на 30-50% выше номинального в течение одного часа и более. При токе, превышающем номинальный ток плавких вставок на 60-100%, они плавятся. Для уменьшения времени перегорания плавкой вставки ее выполняют плоской с несколькими сужениями или виде параллельно соединенных проволок с напаянными на них оловянными шариками.

Предохранитель и плавкую  вставку характеризуют следующие  показатели:

  • номинальное напряжение – напряжение, при котором предохранитель работает длительное время;
  • номинальный ток патрона – ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные соединения патрона по условию длительного нагрева;
  • номинальный ток плавкой вставки – ток, который он выдерживает, не расплавляясь длительное время.

Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки Ів. При этом должны быть выполнены следующие условия:

  • номинальный ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального тока данной цепи в рабочем режиме, т.е. , что предотвращает перегорание предохранителя при нормальном режиме работы;
  • плавкая вставка не должна перегорать при пуске самого мощного электродвигателя, подключенного к данной цепи, т.е. ;
  • номинальный ток плавкой вставки должен быть не больше трехкратного значения допускаемого тока проводов защищаемой линии, т.е. .

Составляется расчетная  схема электроснабжения (рисунок 5), рассчитываются и выбираются аппараты защиты.

 

Рисунок 3 – Схема ЭСН всех электроприемников ШМА 1

 

 

Линия Т1-ШНН, 1SF, линия без электродвигателей:

 

.

;
.

 

По справочнику выбирается автоматический выключатель ВА51-39:

; ; ; ; ; .

 

Линия ШНН – ШМА1, SF1, линия с группой электродвигателей:

(из сводной ведомости нагрузок  по ШМА);