Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Электроснабжение цеха промышленного предприятия. 4

ФГОУ СПО «Новокузнецкий строительный техникум»

ОФОРМЛЕНИЕ УЧЕБНОЙ РАСЧЕТНО – ГРАФИЧЕСКОЙ И ТЕКСТОВОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Форма № ___

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Новокузнецкий строительный техникум»

Специальность 270116 Допущен к защите_________________

«______»___________________200___г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По дисциплине: Электроснабжение предприятий и гражданских зданий

Тема проекта: Электроснабжение цеха промышленного предприятия

Студент группы ___________________

___________________________________

(фамилия, и, о.)

«______»___________________200___г.

Курсовой проект защищен на оценку

«_________________________________»

Руководитель проекта ______________

Ануфриев Николай Иванович

«______»___________________200___г.

Новокузнецк 2011г.

ФГОУ СПО «Новокузнецкий строительный техникум»

ОФОРМЛЕНИЕ УЧЕБНОЙ РАСЧЕТНО – ГРАФИЧЕСКОЙ И ТЕКСТОВОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Форма № ___

ЗАДАНИЕ № 5

на выполнение курсового проекта студента (ки) гр. Э - 07

специальность 270116

Романова Николая Александровича

Дисциплина: Электроснабжение предприятий и гражданских зданий.

Тема проекта: Электроснабжение цеха промышленного предприятия.

Исходные условия и данные к проекту: средневзвешенное значение cos φ по цеху = 0,94; процентное соотношение мощностей по категориям составляет 10:30:60; время использования максимума нагрузки Т_макс=2500 ч; мощность освещения - 180 кВт; мощность к. з. энергосистемы

S_c = 100 МВ·А; время действия защиты на стороне НН – 1,2 с, на стороне ВН – 1,8 с; распределительный пункт ВН выполнить из ячеек типа КМ – 1 (КМ – 1Ф); U_вн = 6 кВ; U_нн = 0,38 кВ. L = 2 км; оси участка: А – В; 1 – 2.

Содержание пояснительной записки, перечень подлежащих разработке вопросов.

1 Общая часть.

2 Специальная часть.

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха.

2.2 Компенсация реактивной энергии.

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции.

2.4 Расчет токов короткого замыкания на стороне ВН и на шинах НН

подстанции.

2.5 Расчет и выбор питающих и распределительных сетей НН участка

цеха, защита их от перегрузки и токов к.з.

2.6 Расчет и выбор питающей сети подстанции.

2.7 Выбор высоковольтного электрооборудования подстанции и проверка

его на действие токов к.з.

2.8 Выбор и расчет релейной защиты.

2.9 Конструктивное выполнение понизительной подстанции.

2.10 Ведомость монтируемого электрооборудования.

3. Охрана окружающей среды.

Перечень графического материала с указанием обязательных чертежей

1. План расположения электрооборудования цеха, схема электроснабжения.

Общий вид ячеек КРУ, трансформаторной подстанции. 1 лист (А1).

2. Схема электрическая принципиальная питающей сети цеха. Схема

заполнения ячеек КРУ. Схема питающей сети участка. 1 лист (А1).

Дата выдачи задания 11 января 2011 г.

Дата защиты проекта 02 марта 2012 г.

Руководитель проекта

Содержание

Введение.

1 Общая часть.

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии,

определение категории электроснабжения.

1.2 Анализ электрических характеристик.

1.3 Выбор рода тока, напряжения и схемы внутреннего

электроснабжения.

2. Специальная часть.

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха.

2.2 Компенсация реактивной энергии.

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции.

2.4 Расчет токов короткого замыкания на стороне ВН и на шинах

подстанции.

2.5 Расчет и выбор питающих и распределительных сетей

НН участка цеха, защита их от перегрузки и токов к.з.

2.6 Расчет и выбор питающей сети подстанции.

2.7 Выбор высоковольтного электрооборудования подстанции и

проверка его на действие токов к.з.

2.8 Выбор и расчет релейной защиты.

2.9 Конструктивное выполнение понизительной подстанции.

2.10 Ведомость монтируемого электрооборудования и электромонтажных

работ.

3. Охрана окружающей среды.

Литература

(заполняется на бланке с рамкой, который находится в библиотеке)

Введение

Данным проектом предусмотрено электроснабжение цеха металлоремонтного завода. Основным оборудованием цеха являются металлообрабатывающие станки, кузнечнопрессовое оборудование, сварочное оборудование, испытательные стенды, сушильные шкафы и печи.

Для транспортирования по цеху, погрузки и разгрузки тяжеловесного оборудования цех оснащен кран – балкой. Стены цеха из сборного железобетона, пол бетонный. Для въезда на территорию цеха крупной автотранспортной техники предусмотрены распашные ворота. Кроме того, предусмотрены двери для передвижения людей в другие цеха и на открытую территорию завода. Внутри цеха предусмотрено помещение для установки трансформаторной подстанции, помещение закрытое, а его стены выполнены из негорючего материала. Освещение цеха предусматривается как естественное (боковое и верхнее) так и искусственное лампами накаливания.

1 Общая часть.

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии,

определение категории электроснабжения.

Приемниками цеха, являются асинхронные электродвигатели металлорежущих станков, кузнечнопрессового оборудование, сварочные агрегаты, нагревательные печи, освещение.

В связи с наличием электроприемников 1 – ой категории требуется не менее двух независимых источников питания.

Работа цеха трехсменная. Коэффициенты использования электроприемников принимаем по справочной литературе.

Проектируемая подстанция находится в сформировавшемся районе.

1.2 Анализ электрических характеристик.

Одной из первых и основополагающих частей проекта электроснабжения объекта является определение ожидаемых электрических нагрузок на всех ступенях электрических сетей. Именно нагрузки определяют необходимые технические характеристики элементов электрических сетей – сечение жил и марки проводников, мощности и типы трансформаторов, электрических аппаратов и другого электротехнического оборудования. Преувеличение ожидаемых нагрузок при проектировании по сравнению с реально возникающими нагрузками при эксплуатации объекта приводит к перерасходу проводников и неоправданному омертвлению средств, вложенных в избыточную мощность электрооборудования. Преуменьшение – к излишним потерям мощности в сетях, перегреву, повышенному износу и сокращению срока службы электрооборудования.

Правильное определение электрических нагрузок обеспечивает правильный выбор средств компенсации реактивной мощности, устройств регулирования напряжения, а также релейной защиты и автоматики электрических сетей.

По указанным причинам ожидаемые электрические нагрузки нужно определять при проектировании как можно точнее. Допустимыми считаются ошибки в 10%.

1.3 Выбор рода тока, напряжения и схемы

внутреннего электроснабжения.

Электроснабжение цеха осуществляется от ГПП завода по двум кабельным линиям длиной 2 км (согласно своему варианту) до шин РУ высокого напряжения (6 кВ) цеховой подстанции, состоящего из ячеек КМ - 1 (согласно своему варианту). Здесь напряжение понижается до 0,4 кВ, и питание поступает на шины РУ низкого напряжения (РУ НН). От РУ НН) питание по радиальным кабельным линиям, проложенным в черновом полу, поступает к РП участков, а от них непосредственно к электроприемникам. Для питания электроприемников цеха применяется

3-х фазный переменный ток напряжением 380 / 220 В.

В связи с тем, что в цехе имеются электроприемники I и II категории, устанавливаем на подстанции два трансформатора, которые питаются от разных источников. На стороне высокого напряжения применяем схему с секционированием шин, при этом трансформаторы работают раздельно. При раздельной работе каждый трансформатор питает электроприемники своей секции шин, секционный выключатель в нормальном режиме отключен. Преимуществом такой схемы является:

- снижение тока короткого замыкания;

- обеспечение более высокой стабильности напряжения;

- упрощается релейная защита.

Недостатком схемы являются дороговизна и большие потери активной мощности.

Перерыв электроснабжения допустим на время автоматического ввода резерва.

Подстанция расположена внутри цеха.

Защиту отходящих линий напряжением до 1000 В осуществляем автоматическими воздушными выключателями.

Силовые трансформаторы установлены в отдельных камерах и на фасадной части здания имеются ворота для замены трансформаторов.

2 Специальная часть.

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха.

(Расчет необходимо выполнить в соответствии с РТМ 36.18.32.4 – 92, смотри ПЗ № 4)

2.1.1 Все электрические нагрузки цеха, за исключением нагрузок своего участка, записываем в таблицу 1, определяем их общую установленную мощность. Намечаем группы ЭП.

Таблица 1 – Перечень нагрузок.

№ по плану	Наименование приемников	Группа	Количество приемников	Мощность одного приемника, кВт	Общая установленная мощность, кВт
1	2	3	4	5	6
1.	Токарно-центровой станок	Т	1	28+1,7	29,7
2.	Токарно-центровой станок	Т	2	14+1	30
3.	Токарно-центровой станок	Т	1	10+1	11
4.	Токарно-центровой станок	Т	1	10+1	11
5.	Токарно-центровой станок	Т	1	10+1	11
6.	Токарно-центровой станок	Т	1	10+1	11
7.	Токарно-револьверный станок	Т	2	5,5+1,5	14
8.	Токарно-револьверный станок	Т	1	5,5+1,5	7
9.	Горизонтально-расточный станок	Р	1	1 0	10
10.	Зубофрезерный станок	Ф	1	4,5	4,5
11.	Консольно-фрезерный станок	Ф	1	5,5+1,1	6,6
12.	Консольно-фрезерный станок	Ф	1	10+2,8	12,8
13.	Горизонтально-фрезерный станок	Ф	1	7+1,7	8,7
14.	Вертикально-фрезерный станок	Ф	1	5,5+1,1	6,6
15.	Широкоуниверсальный фрезерный станок	Ф	1	2,8	2,8
16.	Широкоуниверсальный фрезерный станок	Ф	1	1,7	1,7
1	2	3	4	5	6
17.	Радиально-сверлильный станок	Св.	1	1,7	1,7
18.	Вертикально-сверлильный станок	Св.	1	4,5	4,5
19.	Вертикально-сверлильный станок	Св.	1	7	7
20.	Поперечно-строгальный станок	Ст	1	4,5	4,5
21.	Поперечно-строгальный станок	Ст	1	7+1	8
22.	Долбежный станок		1	8	8
23.	Универсальный плоскошлифовальный станок	Ш	1	1,7+1	2,7
24.	Универсальный круглошлифовальный станок	Ш	1	4,5+1+1,7+0,76	7,96
25.	Плоскошлифовальный станок	Ш	1	14+4,5+1	19,5
26.	Плоскошлифовальный станок	Ш	1	28+4,5+ 1+1,7+0,6	35,8
27.	Обдирочно-точильный станок	Тч	2	1,7	3,4
28.	Обдирочно-шлифовальный станок	Ш	2	2,8	5,6
29.	Заточный станок	Тч	1	1,7+1+1	3,7
30.	Дисковая пила		1	7+1,7	8,7
31.	Приводная ножовка	Ст	1	1,7	1,7
32	Настольно – сверлильный станок	Св.	3	0,6	1,8
33	Сварочный трансформатор		1	15	15
34	Токарно-центровой станок	Т	1	1,7	1,7
35	Настольно – сверлильный станок	Св.	1	0,6	0,6
36	Универсально - заточный станок	Тч	1	1,7 + 0,4	2,1
37	Обдирочно – точильный станок	Тч	1	1,7	1,7
38	Точильный станок в настольном исполнении	Тч	1	2,7	2,7

Таблица 2

Наименование групп или отдельных приемников	Колич. приемников, n	Установленная мощность при ПВ =100%		Модуль силовой, сборки m	К_и		Средняя мощность за максимально загруженную смену		Эффективное число приемников, n_э	К_макс	Максимальная расчетная мощность			Макси- мальный расчет- ный ток I_макс, А
Наименование групп или отдельных приемников	Колич. приемников, n	одного приемника Р_ном,кВт	общая рабочая ΣР_ном	Модуль силовой, сборки m	К_и		актив. Р_см, кВт	реакт. Q_см, кВ·Ар	Эффективное число приемников, n_э	К_макс	актив. Р_макс, кВт	реактив. Q_макс кВ·Ар	полная S_макс, к·ВА	Макси- мальный расчет- ный ток I_макс, А
Группа токарных станков	11	1,5…28	126,4		0,14	0,6 1,32	17,7	23,4
Расточный станок	1	10	10		0,14	0,6 1,32	1,4	1,9
Группа фрезер. станков	7	1,1…10	43,7		0,13	0,45 1,99	5,7	11,3
Группа сверл. станков	7	0,6…7	15,6		0,12	0,6 1,32	1,9	2,5
Группа строг. станков	3	1…7	14,2		0,13	0,45 1,99	1,9	3,8
Долбежный станок	1	8	8		0,13	0,45 1,99	1,0	2,0
Группа шлиф. станков	6	0,6…28	71,6		0,17	0,65 1,17	12,2	14,3
Группа точильн. станков	6	0,4…2,7	13,6		0,12	0,6 1,32	1,6	2,1
Дисковая пила	1	1,7…7	8,7		0,06	0,5 1,73	0,5	0,9
Сварочный трансформатор	1	15	15		0,2	0,4 2,29	3	6,9
Итого:	44	0,4...28	326,8	> 3	0,14	0,56 1,48	46,9	69,1	21	1,65	77,4	69,1	103,8	157,9

2.1.2 Определяем максимальную расчетную нагрузку, данные расчета сводим в таблицу 2.

2.1.2.1 При составлении таблицы 2 группируем приемники с одинаковыми коэффициентами использования К_и и cos φ, т.е. приемники, имеющие одинаковый технологический процесс, но не одинаковую мощность. Значения К_и и cos φ принимаем по [1, с. 76].

2.1.2.2 Сменную активная мощность за наиболее загруженную смену определяем по формуле:

Р_см1 = К_и1 · Р_н1 = 0,14 · 126,4 = 17,7 кВт (1) [2]

2.1.2.3 Сменную реактивную мощность за наиболее загруженную смену определяем по формуле:

Q_см1 = Р_см1 · tg φ₁ = 17,7 · 1,32 = 23,4 кВт (2) [2]

2.1.2.4 Определяем значение модуля силовой сборки “m” по формуле:

m = (3) [2]

где P_max – номинальная мощность наибольшего электроприемника в

группе, кВт; P_max = 28 кВт

P_min – номинальная мощность наименьшего электроприемника, кВт

P_min = 0,6 кВт

m =

= 70 > 3

2.1.2.5 Определяем значение средневзвешенного К_и по формуле:

К_и.с. = = = 0,14 (4) [2]

2.1.2.6 Эффективное числа приемников n_э является функцией следующих переменных n, m, К_и.с , Р_н.

при: n > 5, m > 3, К_и.с < 0,2 и переменной нагрузке определяем n_э по

ниже приведенному алгоритму: [6 с. 25, табл. 1.5.2]

Определяем эффективное число электроприемников по формуле:

n_э = n_э^* · n (5) [2]

2.1.2.7 Определяем половинную мощность самого большого электроприемника. Из общего количества приемников цеха максимальной мощностью обладает токарно-центровой станок (Р_н _мax1 = 28 кВт). Отсюда

= = 14 кВт;

2.1.2.8 Определяем суммарную мощность приемников, у которых мощность ≥ 14 кВт:

Р_n’ = 29,7 + 15 + 15 + 19,5 + 35,8 + 15 = 130 кВт (6) [2]

2.1.2.9 Определяем количество приемников, у которых мощность ≥ 14 кВт

n’ = 6;

2.1.2.10 Определяем относительное число наибольших по мощности электроприемников

n* = = = 0,14 (7) [2]

2.1.2.11 Определяем относительную мощность наибольших по мощности электроприемников

Р* = = = 0,4 (8) [2]

2.1.2.12 Определяем по [2, с. 57, таблица 2.14] относительное эффективное число электроприемников:

n_э^* = f(n*; Р*) = 0,47 (9) [2]

2.1.2.13 Определяем эффективное число электроприемников

п_э = п_э^* · n = 0,47 · 44 ≈ 21 (10) [2]

Следовательно, в период максимального (30 мин) потребления электроэнергии работают 21 электроприемник со средним коэффициентом использования К_и = 0,14.

2.1.2.14 Коэффициент максимума определим по [1, с. 73, табл. 3.2]

К_м= f(п_э; К _и.с_.) = 1,65 (11) [2]

2.1.2.15 Рассчитываем средневзвешенное значение коэффициента мощности по цеху:

tg φ = (12) [2]

tg φ = = 1,47; отсюда cos φ = 0,56

2.1.2.16 Рассчитываем максимальную расчетную мощность силовых приемников по формулам:

Р_макс = К_м · Р_смΣ = 1,65 · 46,9 = 77,4 кВт (13) [2]

Q_макс = Q _смΣ = 69,1 кВ·Ар (т.к. n_э > 10)

S_макс =

= = 103,8 кВ·А (14) [2]

2.1.2.17 Максимальный ток нагрузки силовых приемников определяем по формуле:

I_р = = = 157,9 А (15) [2]

2.1.3 Максимальную суммарную расчетную мощность силовых приемников и освещения определяем по формулам:

S _максΣ=

где Р_осв. - среднесменная нагрузка освещения, Р_осв. = 180 кВт (согласно своему варианту).

S _максΣ =

= 266,5 кВ·А

2.2 Компенсация реактивной энергии.

Значение средневзвешенного коэффициента мощности по цеху (cos φ = 0,56) не удовлетворяет требуемой величине (cos φ = 0,94), следовательно, необходимо провести компенсацию реактивной мощности.

2.2.1 Вычисляем необходимую компенсирующую мощность.

Q_ск = Р_смΣ · (tg φ₁ - tg φ₂) (16) [ ]

где tg φ₁ – значение соответствующее фактическому средневзвешенному

значению коэффициента мощности по цеху (табл. 2)

(cos φ₁ = 0,56 → tg φ₁ = 1,48)

tg φ₂– значение, соответствующее заданному значению

коэффициента мощности по цеху (cos φ₂ = 0,94 → tg φ₂ = 0,363)

Q_ск = 46,9 · (1,48 - 0,363) = 52,4 кВ·Ар

Величина мощности компенсирующего устройства не превышает 630 кВ·Ар, следовательно, компенсацию проводим статическими конденсаторами на стороне 0,4 кВ.

2.2.2 Выбираем 2 конденсаторные установки типа УК2 - 0,4 – 37,5У3 [11 с. 109, табл. 23.13] мощностью 37,5 кВ·Ар с двумя ступенями регулирования: одна мощностью 37,5 кВ·Ар (работают 2 ступени), другая = 18,75 кВ·Ар (работает 1 ступень). Суммарная мощность 37,5 + 18,75 = 56,25 кВ·Ар

2.2.3 Определяем фактические значения tg φ_ф и cos φ_фпосле

компенсации реактивной мощности:

tg φ_ф = tg φ₁ - = 1,48 - = 0,28 cos φ_ф = 0,96

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов на ТП.

Определим полную расчетную мощность цеха с учетом развития района в ближайшие 10 лет.

S_расч = К_р · S _максΣ

где К_р – коэффициент развития района. К_р = 1,1 (подстанция расположена в сформировавшемся районе).

S_расч = 1,1 · 266,5 = 293,2 кВ·А

2.3.1 Выбор трансформаторов.

Технико–экономическое сравнение не производим, поэтому число силовых трансформаторов выбираем по категории бесперебойности электроснабжения ЭП цеха. Так как в цехе преобладают ЭП III категории, принимаем для установки 1 трансформатор при взаимном резервировании.

2.3.1.1. Определяем мощность трансформатора (S _н.т.) по формуле:

S _н.т. ≥ = = 325,8 кВ∙А (12) [12]

где S _н.т– номинальная мощность выбираемого трансформатора, кВ∙А

n – количество трансформаторов,

К_з – коэффициент загрузки. При преобладании нагрузок III категории

загрузка в нормальном режиме принимается 0,9…0,95 [12, с. 115].

Принимаем к установке 1 масляный трансформатор

мощностью 400 кВ∙А. [1, с. 151].

2.3.1.2 Проверяем выбранный трансформатор по загрузке в аварийном режиме. В аварийном режиме остаются включенными только электроприемники I и II категорий. Суммарная их мощность S_{(I
и II)} по условию (согласно своему варианту) составляет 10 + 30 = 40% или

293,2 ·

= 117,3 кВ·А

Следовательно, при выходе из строя трансформатора цеха должен быть обеспечен резерв мощности на стороне НН 117,3 кВ∙А

Так как трансформатор можно загрузить на 140 % (в течение 5 суток при работе в таком режиме по 6 часов каждые сутки), то трансформатор проектируемого цеха обеспечивает резерв мощности при выходе из строя трансформаторов соседних цехов = 160 кВ·А.

Окончательно принимаем к установке 1 трансформатор типа

ТМ – 400 – 6/0,4 с каталожными данными, приведенными в таблице 3.

Таблица 3. Техническая характеристика масляного трансформатора

Тип

S_н.т.,

кВ·А

U_вн,

кВ

U_нн,

кВ

ΔР_х.х.,

кВт

ΔР_к.з.,

кВт

I_х.х.,

U_к

Масса,

ТМ - 400 /6

400

6,3

0,4

0,95

5,5

2,1

4,5

1,9

x_с – сопротивление системы

x_l – реактивное сопротивление линии до точки К1

r_L– активное сопротивление линии до точки К1

2.4.2 Вычисляем сопротивления элементов электрической цепи в именованных единицах:

а) сопротивление системы [10. c. 142]

x_с =

= = 0,2 Ом

б) сопротивление кабельной линии

x_l = х₀ ∙l = 0,091 ∙ 4 = 0,18 Ом

r_l = r₀ ∙l = 0,74 ∙ 4 = 1,5 Ом

где x_o – удельное индуктивное сопротивление КЛ, x_o = 0,091 Ом / км

r_o – удельное активное сопротивление КЛ, r_o = 0,74 Ом / км (для

предварительно принятого кабеля на высокой стороне цеховой

подстанции типа СБ 3х25 [9, с.421]

2.4.3 Вычисляем суммарные сопротивления для характерных точек к.з.:

x_Σ = x_с + x_l = 0,4 + 0,18 = 0,58 Ом

z_Σ = = = 1,6 Ом

2.4.4 Определим ток короткого замыкания в точке К1. Так как точка К1 является удаленной точкой к.з., то периодическая составляющая не изменяется и с первого же момента времени к. з. принимает свое установившееся значение, т. е.

I” = I_к1 = I_∞ = = = 2,28 кА

2.4.5 Определим мощность короткого замыкания в точке К1.

S” = S_к1 = S_∞ = ∙ U_б ∙ I_к1 = ∙ 6,3 ∙ 2,28 = 24,9 МВ·А