Электроснабжение цеха промышленного предприятия. 3

 

 

CQ#561482936

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту  по дисциплине

«Электроснабжение»

«Электроснабжение цеха промышленного предприятия»

 

 

 

Содержание

 

Введение

1. Общая часть

1.1 Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ

1.2 Перечень ЭО участка автоматизированного цеха

2. Расчетная часть

2.1 Расчет электрических  нагрузок

2.2 Определение центра нагрузки

2.3 Расчет зоны рассеяния  центра активных электрических  нагрузок цеха

2.4 Выбор схемы электроснабжения

2.5 Расчет мощности  отделений и цеха

2.6 Выбор компенсатора  реактивной мощности

2.7 Выбор трансформатора ЦТП

2.8 Выбор автоматических выключателей  и сечения шинопроводов, магнитных пускателей и кабельных линий

2.9 Расчет токов короткого замыкания

2.10 Определение расхода энергии в элементах цеховой сети за год

2.11 Определение потерь в элементах  сети за год

2.12 Расчет и выбор элементов  релейной защиты цехового трансформатора

Заключение

Список использованных источников

 

 

Введение

 

В настоящее время нельзя представить  себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Основное достоинство электрической энергии - относительная простота производства, передачи, дробления, преобразования.

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. СЭС промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Задача электроснабжения промышленного предприятия возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Электрические сети промышленных предприятий в сочетании с источниками и потребителями электроэнергии становятся заводскими электрическими системами, устройство и развитие которых, как подсистем, следует рассматривать в единой связи с развитием всей энергетической системы в целом.

Промышленные предприятия являются основными потребителями электроэнергии, так как расходуют до 67% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Система электроснабжения промышленных предприятий, состоящая из сетей напряжением до 1 кВ и выше, трансформаторных и преобразовательных подстанций, служит для обеспечения требований производства путем подачи электроэнергии от источника питания к месту потребления в необходимом количестве и соответствующего качества в виде переменного тока, однофазного или трехфазного, при различных частотах и напряжениях, и постоянного тока.

СЭС промышленного предприятия  является подсистемой энергосистемы, обеспечивающей комплексное электроснабжение промышленных, транспортных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей данного района. Энергосистема в свою очередь рассматривается как подсистема ЕЭС страны. Система электроснабжения предприятия является подсистемой технологической системы производства данного предприятия, которая предъявляет определенные требования к электроснабжению.

Стоимость электроэнергии, например в машиностроении, составляет только 2-3% себестоимости продукции, в энергоемких отраслях, таких как электролиз, электрометаллургия и др., - 20-35% себестоимости продукции. Перерывы в электроснабжении могут привести к значительным ущербам для народного хозяйства, а в некоторых случаях к авариям, связанным с человеческими жертвами и выходом из строя дорогостоящего оборудования.

Стоимость электрической  части промышленного предприятий  составляет в среднем 7% общей суммы капиталовложений в промышленность.

Каждое промышленное предприятие находиться в состоянии  непрерывного развития: вводятся новые  производственные площади, повышается использование существующего оборудования или старое оборудование заменяется новым, более производительным и мощным, изменяется технология и т.д. СЭС промышленного предприятия (от ввода до конечных приемников электроэнергии) должна быть гибкой, допускать постоянное развитие технологий, рост мощности предприятия и изменение производственных условий. Это отличает систему распределения электроэнергии на предприятиях от районных энергосистем, где процесс развития также имеет место, однако места потребления электроэнергии и формы её передачи более стабильны.

Для современных предприятий, особенно машиностроительных, характерна динамичность технологического процесса, связанная с непрерывным введением новых методов обработки, нового оборудования, переналадки его, а также непрерывного изменения и усовершенствования самой модели изделия. Поэтому следует стремиться к созданию предприятия, обладающего достаточной гибкостью, которая позволяет с наименьшими потерями осуществить перестройку производства при изменении программы или модернизации выпускаемых изделий, внедрении новейших технологических процессов и современного оборудования, а также при автоматизации производства.

Опыт строительства  и освоения новых предприятий, показал, что не только планировка, но и конструкция  зданий должна удовлетворять условиям гибкости технологического процесса; требуется, чтобы здания и подсобные помещения позволяли расширить производство без его перерыва, а переход от освоения одного изделия к освоению нового не требовал капитального переустройства. Требования гибкости предъявляются к строительной части предприятий, к технологическому и вспомогательному оборудованию, к системам электроснабжения, водоснабжения и т.д.

Как для создания высококачественного  электропривода требуется совместная работа электрика и технолога-конструктора приводимой машины, так и для создания надлежащей СЭС предприятия требуется тщательная совместная работа проектировщиков-технологов, электриков и строителей. Тщательное изучение условий производства позволяет электрику при проектировании избежать перерасхода дефицитных электрооборудования и электроматериалов, а также обеспечить надежное экономичное электроснабжение, отвечающее условиям данного производства.

Основные задачи, решаемые при исследовании, проектировании, проектировании и эксплуатации СЭС промышленных предприятий, заключаются в оптимизации параметров этих систем путем правильного выбора напряжений, определении электрических нагрузок и требований к бесперебойности электроснабжения; рационального выбора числа и мощности трансформаторов, преобразователей тока и частоты, конструкций промышленных сетей, устройств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, средств симметрирования нагрузок и подавления высших гармоник в сетях путем правильного построения схемы электроснабжения. Все эти задачи непрерывно усложняются вследствие роста мощностей электроприемников, появления новых видов использования электроэнергии, новых технологических процессов и т.д.

 

 

 

1. Общая часть

 

1.1 Краткая  характеристика производства и  потребителей ЭЭ

 

Цех обработки корпусных  деталей (ЦОКД) предназначен для механических и антикоррозийной обработки изделий. Он содержит станочное отделение, гальванический и сварочный участки. Кроме того, имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения.

Цех получает ЭСН от ГПП. Расстояние от ГПП до цеховой ТП – 0,8 км, а от энергосистемы до ГПП – 16 км.

Низкое напряжение на ГПП - 6 и 10 кВ. Количество рабочих смен - 2. Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН. Грунт  в районе цеха – суглинок при  температурой +5 ºС. Каркас здания смонтирован  из блоков-секций длиной 8 м каждая.

Размеры цеха А × В × Н = 48 × 30 × 8 м.

Все помещения, кроме  станочного отделения, двухэтажные  высотой 3,6 м.

Перечень ЭО цеха дан  в таблице 1.

Мощность электропотребления (РЭП) указана для одного электроприемника.

 

1.2 Перечень  ЭО участка автоматизированного цеха

 

Таблица 1. Перечень ЭО участка  автоматизированного цеха

№ на плане

Наименование ЭО

РЭП, кВт

Примечание

1…4

Сварочные аппараты

45

ПВ=60%

5…9

Гальванические ванны

25

  

10, 11

Вентиляторы

8

  

12, 13

Продольно-фрезерные станки

18,5

  

14, 15

Горизонтально-расточные станки

12

  

16, 24, 25

Агрегатно-расточные станки

10,5

  

17, 18

Плоскошлифовальные станки

12,5

  

19…23

Краны консольные поворотные

7,2

ПВ=25%

26

Токарно-шлифовальный станок

7,5

  

27…30

Радиально-сверлильные станки

6,5

  

31, 32

Алмазно-расточные станки

5

  

 

 

 

2. Расчетная часть

 

2.1 Расчет электрических  нагрузок

 

Определим номинальную  мощность для приемников повторно-кратковременного режима (ПКР), последнюю определяют по паспортной мощности путем приведения ее к длительному режиму работы (ПВ=1) в соответствии с формулой:

 

 

Сварочные аппараты (ПВ=60%): .

Краны консольные поворотные (ПВ=25%):

.

Далее рисуем картограмма  электрических нагрузок. На картограмме  радиус каждого потребителя должен быть пропорционален соответствующей мощности и определяется из выражения:

 

.

 

где Ri – радиус расчетной окружности, Рi – номинальная мощность, m – выбранный масштаб.

Выберем масштаб 

Картограмма электрических  нагрузок представлена в приложении (чертеж 1).

Координаты центров  электрических приемников, их номинальные мощности и соответствующий коэффициент спроса представлены в таблице 2.

 

Таблица 2

Наименование групп приемников и потребителей электроэнергии

Координаты центра электроприемника, м

,

кВт

ПВ,

%

x

y

1 Сварочные аппараты

9,13

27,5

0,6

0,6

1,33

34,86

S1

2 Сварочные аппараты

11,78

26,8

3 Сварочные аппараты

16

26,8

4 Сварочные аппараты

20,35

26,8

5 Гальванические ванны

33,1

27,2

0,8

0,95

0,33

25

S1

6 Гальванические ванны

37,2

27,2

7 Гальванические ванны

40,458

27,2

8 Гальванические ванны

43,7

27,2

9 Гальванические ванны

47

27,2

10 Вентиляторы

42,2

23,2

0,7

0,8

0,75

8

S1

11 Вентиляторы

45,7

23,2

12 Продольно-фрезерные станки

4,5

14,65

0,16

0,5

1,73

18,5

S1

13 Продольно-фрезерные станки

11

14,65

14 Горизонтально-расточные станки

17,4

14,36

0,16

0,5

1,73

12

S1

15 Горизонтально-расточные станки

23,7

14,36

16 Агрегатно-расточные станки

30,2

14,36

0,2

0,6

1,33

10,5

S1

17 Плоскошлифовальные станки

37,4

14,36

0,16

0,5

1,73

12,5

S1

18 Плоскошлифовальные станки

43,7

14,36

19 Краны консольные поворотные

10,7

9,5

0,2

0,5

1,73

3,6

S1

20 Краны консольные поворотные

17,47

9,5

21 Краны консольные поворотные

23,6

9,5

22 Краны консольные поворотные

30,3

9,5

23 Краны консольные поворотные

37,2

9,5

24 Агрегатно-расточные станки

3,7

2,9

0,2

0,6

1,33

10,5

S1

25 Агрегатно-расточные станки

10,8

2,9

26 Токарно-шлифовальный станок

18,17

2,9

0,16

0,5

1,73

7,5

S1

27 Радиально-сверлильные станки

22,8

2,9

0,16

0,5

1,73

6,5

S1

28 Радиально-сверлильные станки

27,5

2,9

29 Радиально-сверлильные станки

32

2,9

30 Радиально-сверлильные станки

36,2

2,9

31 Алмазно-расточные станки

40,6

2,9

0,25

0,65

1,17

5

S1

32 Алмазно-расточные станки

45

2,9


 

 

 

2.2 Определение центра нагрузки

 

Каждый приемник электроэнергии: цех, промышленное предприятие, имеет  свой график нагрузок, который изменяется в соответствии с технологическим  циклом данного производства. Поэтому координаты центра электрических нагрузок (ЦЭН) в каждый момент времени будут принимать значения определенные как одним графиком нагрузки (для одного приемника), так и совокупностью графиков (для цеха в целом).

Найдем координаты центра электрических нагрузок сварочного отделения в соответствии с планом, представленном в приложении. Соответствующие данные для станочного отделения представлены в таблице 2. Координаты ЦЭН находятся по формулам:

 

        (1)

 

полная мощность сварочного отделения равна:

 

 

произведя вычисления, получим, что

 

     

 

Найдем координаты центра электрических  нагрузок гальванического участка и вентиляторной в соответствии с планом, представленном в приложении.

Полная мощность гальванического участка и вентиляционной равна:

 

 

произведя вычисления, получим, что

 

     

 

Найдем координаты центра электрических нагрузок станочного отделения в соответствии с планом, представленном в приложении.

полная мощность станочного отделения равна:

 

 

произведя вычисления, получим, что

 

     

 

Находим общий центр  нагрузки цеха.

Полученный центр электрических  нагрузок имеет координаты:

 

      .

 

Данные построения показаны в приложении (Лист 1).

 

2.3 Расчет зоны рассеяния центра активных электрических нагрузок цеха

 

Положение ЦЭН в зоне рассеяния  зависит от координат мест расположения приемников в группе и их относительных  нагрузок. Следовательно, зона рассеяния является геометрической характеристикой взаимного расположения объектов. Зона рассеяния представляет собой эллипс. Для определения зоны рассеяния ЦЭН необходимо найти закон распределения координат центра. Вычислим оценки параметров нормального закона распределения по формулам:

 

      ,   (2)

 

где - значение относительной нагрузки i-го приемника.

Получим:

 

     

 

Как видно значения практически  не отличаются от координат ЦЭН. Полученные значения используем для нахождения меры рассеяния (среднеквадратичного отклонения).

 

     (3)

 

где n – количество испытаний, в данном случае количество испытаний равно количеству отделений цеха т.е .

Произведя вычисления получим:

 

      

       

 

Для построения эллипса, ограничивающего  зону рассеяния, определим его полуоси  по формуле:

 

        (4)

 

где –  ,  ,

, тогда  ,

;  .

 

Приняв в качестве доверительной вероятности значение и решив данное уравнение, получим . Тогда значения полуосей будет выражаться формулой:

 

      .   (5)

 

Найдем эти значения:

 

     .

 

Оси эллипса рассеяния  образуют с осями координат некоторый  угол . Для определения данного угла найдем коэффициент корреляции:

 

,      (6)

 

Вычислим направление  полуосей эллипса, т.е. угол поворота осей:

 

.     .  (7)

 

Для построения зоны рассеяния  в данном случае достаточно перенести  оси эллипса параллельно самим  себе в точку с координатами , по осям отложить расстояния и , затем повернуть оси на угол .

Данные построения представлены в приложении (Лист 1).

 

2.4 Выбор схемы электроснабжения

 

Для электроснабжения всего  цеха воспользуемся кабельной линией (далее КЛ), которая будет питать комплектную цеховую трансформаторную подстанцию (далее ЦКТП). КЛ, питаемая ЦКТП рассчитана на переменное напряжение, равное 10 кВ и f=50 Гц.

После ЦКТП шинопровод магистральный (далее ШМА). Затем на каждое РП проведём распределительные шинопроводы (далее ШРА).

В каждом отделении установим  распределительные пункты (далее  РП) серии ПР-9000, которые питаются от ШРА.

После РП с помощью  КЛ запитаем электроустановки.

Применение шинопроводов обусловлено тем, что повысится  экономичность использования проводниковых  материалов, таким образом при  проектировании СЭС цеха предприятия  применяем блок ”трансформатор-магистраль” что приводит к простоте проектирования и экономичному использованию электротехнического материала.

ЦКТП понижает напряжение до 0,4 кВ и выбор шинопроводов и КЛ идет по этому напряжению. Схема электроснабжения промышленного предприятия представлена в приложении (Лист 2).

 

2.5 Расчет мощности отделений и цеха

 

Коэффициентом спроса по активной мощности называется отношение  расчетной (в условиях проектирования) мощности к номинальной (установленной) активной мощности приемника. Он характеризует степень использования номинальной мощности электроприемника. Применение одного коэффициента спроса вместо его составляющих - коэффициента использования и коэффициента максимума не учитывает влияние числа электроприемников, соотношение их мощностей и т.д., и дает повышенную погрешность в расчетах. Однако значения получаются иногда более устойчивыми, с меньшим разбросом, чем значения .

Коэффициентом спроса называют:

 

;

 

тогда

 

.

 

Так как любой приемник электрической энергии потребляет активную, и реактивную нагрузку, найдем последнюю как:

 

 

 

тогда для данного  случая:

 

.

 

Полная мощность электроприемника найдем как:

 

.

 

Пользуясь вышеперечисленными формулами, найдем активную и полную мощности отделений и всего цеха.

Для дальнейших расчетов примем, что средний коэффициент мощности для всех электроприемников равен . И КПД соответственно равен для каждого потребителя.

Сварочное отделение

1. Найдем расчетную  активную мощность вентиляционной и сварочного отделения.

 

;

.

 

2. Вычислим полную мощность вентиляционной и сварочного отделения:

 

.

 

3. Найдем мощности осветительных  приборов.

От данного участка запитаны лампы ТП, РУ, бытовки, кабинета начальника цеха и сварочного отделения.

ТП, РУ, бытовки, кабинета начальника цеха.

Размер А=4м, В=8м, S=24 м2, высота Нр=3,6м.

Выбираем светильники  ПСО-0.2 с двумя люминесцентными  лампами ПБ-40.

При Е=100Лк

Руд=4,5Вт/м2

Ру.ст = Руд × S

Ру.ст = 4,5 × 24 = 108 Вт

n = Ру.ст / Рсв

n = 108/ 80 » 2 шт.

n = 2 [шт]. На каждом этаже по 2 светильника.

Сварочное отделение.

Размер А=16м, В=4м, S=64 м2, высота Нр=3,6м.

Выбираем светильники  ПСО-0.2 с двумя люминесцентными  лампами ПБ-40.

При Е=100Лк

Руд=4,5Вт/м2

Ру.ст = Руд × S

Ру.ст = 4,5 × 64 = 288 Вт

n = Ру.ст / Рсв

n = 288/ 80 » 4 шт.

n = 4 [шт]. На каждом этаже по 2 светильника.

Гальванический  участок и вентиляторная

1. Найдем расчетную  активную мощность гальванического участка и вентиляторной.

 

;

.

 

2. Вычислим полную  мощность гальванического участка и вентиляторной:

 

.

 

3. Найдем мощности  осветительных приборов.

От данного участка  запитаны лампы склада, гальванического участка и вентиляторной.

Размер склад А=4м, В=8м, S=24 м2, высота Нр=3,6м.

Выбираем светильники  ПСО-0.2 с двумя люминесцентными  лампами ПБ-40.

При Е=100Лк

Руд=4,5Вт/м2

Ру.ст = Руд × S

Ру.ст = 4,5 × 24 = 108 Вт

n = Ру.ст / Рсв

n = 108/ 80 » 2 шт.

n = 2 [шт]. На каждом этаже по 2 светильника.

Размер гальванического участка А=16м, В=6м, S=96м2.

Выбираем светильники  ПСО-0.2 с двумя люминесцентными  лампами ПБ-40.

При Е=100Лк

Руд=4,5Вт/м2

Ру.ст = Руд × S

Ру.ст = 4,5 × 96 = 432 Вт

n = Ру.ст / Рсв

n = 432/ 80 » 5,4 шт.

n =6 [шт]. На каждом этаже по 6 светильников.

Размер вентиляторной  А=8м, В=2м, S=16м2.

Выбираем светильники  ПСО-0.2 с двумя люминесцентными  лампами ПБ-40.

При Е=100Лк

Руд=4,5Вт/м2

Ру.ст = Руд × S

Ру.ст = 4,5 × 16 = 72 Вт

n = Ру.ст / Рсв

n = 72/ 80 » 1 шт.

n = [шт]. На каждом этаже по 1 светильнику.

Станочное отделение

1. Найдем расчетную  активную мощность станочного  отделения.

 

;

.

 

2. Вычислим полную  мощность станочного отделения:

 

.

 

3. Найдем мощности  осветительных приборов.

От данного участка  запитаны лампы станочного отделения.

Размер станочного отделения  А=48м, В=22м, S=1056м2.

Выбираем светильник с одной лампой ДНаТ 400.

Светильники устанавливаются  на высоте Нр=8м.

Руд=10 [Вт / м2 ]

При Е=200Лк

Ру.ст = Руд × S

Ру.ст = 10 × 1056 = 10560 [Вт]

n = 10560 / 400 »26,4 [шт]

n = 28[шт]

4 ряда по 7 светильников.

.

Определение полной мощности цеха

Найдем общую активную, реактивную и полную мощности цеха. Итоговая мощность сложиться из суммы мощностей отделений и мощности осветительных приборов. Запишем соответствующие значения:

 

 

2.6 Выбор компенсатора реактивной мощности

 

Силовые или косинусные конденсаторы и установки на их основе используются в качестве местных источников реактивной мощности. Их применение позволяет разгрузить электрические сети от реактивной составляющей тока и тем самым с одной стороны уменьшить сечение выбираемых проводов, шин, кабелей, с другой – уменьшить потери электроэнергии.

Выбираем комплектную компенсаторную установку и устанавливаем ее в ЦТП.

Итак, мощность компенсаторной установки  найдем из выражения:

 

 

k-коэффициент повышения коэффициента мощности (cosj) путем организационных мероприятий, k=0,9 для практических расчетов.

Компенсацию реактивной мощности производят до получения значения cosφк=0,92…0,95.

Cosφ=0,84 - до компенсации; Сosφк=0,94 – после компенсации.

j1=330 и j2=200 – углы сдвига фаз до и после компенсации мощности.

P- расчетная активная мощность.

Тогда:

Выбираем комплектную конденсаторную установку УКМ-58–04–125-25 УЗ.

Конденсаторные установки УКМ  модульной конструкции мощностью  125 кВар, оснащены самовосстанавливающимися компенсаторными конденсаторами, имеющие срок службы до 100000 часов при постоянной подаче напряжения, оснащены автоматическими регуляторами мощности.

Так как мы поставили компенсирующую установку, то суммарная реактивная мощность изменилась, вследствие чего изменится и полная мощность:

 

 

2.7 Выбор трансформатора ЦТП

 

При выборе числа и  мощности силовых трансформаторов важными критериями являются надежность электроснабжения, стоимость оборудования и различные потери связанные с трансформацией электрической энергии. Оптимальный вариант выбирается исходя из сравнения капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

Сооружение однотрансформаторных подстанций не всегда обеспечивает наименьшие затраты. Если же по условиям резервирования питания необходима установка более  одного трансформатора, то нужно стремиться к тому, чтобы их было не более  двух. Выбор числа трансформаторов ЦТП связан с режимом работы цеха предприятия.