ЭО и ЭСН прессового участка цеха

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..4

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПОМЕЩЕНИЯ ПО ВЗРЫВО- ПОЖАРО- ЭЛЕКТРООПАСНОСТИ……………………………………………………………5

2 СОСТАВЛЕНИЕ  СВОДНОЙ ВЕДОМОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

НАГРУЗОК…………………………………………………………………………..7

3 РАСЧЁТ  И ВЫБОР ЛИНИЙ ЭСН ПО НАГРЕВУ……………………………..16

4 РАСЧЁТ  И ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ (АВТОМАТИЧЕСКИЕ  ВЫКЛЮЧАТЕЛИ)…………………………………………………………………18

5 РАСЧЁТ  ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ПО  ХАРАКТЕРНОЙ

ЛИНИИ………………………………………………………………………………21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..26

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………....27

 

ВВЕДЕНИЕ

Для создания надежных и экономичных систем электроснабжения различных предприятий и производств при проектировании необходимо руководствоваться современными методиками электрических расчётов, нормативными указаниями и руководящими документами, такими как: руководящие указания по расчёту нагрузок, руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования, правила устройства электроустановок и прочие.

Возникающие при проектировании вопросы необходимо решать комплексно, используя серийно выпускаемое оборудование. Особое внимание надо уделять вопросам обеспечения необходимой надёжности электроснабжения, качества электроэнергии и электромагнитной совместимости устройств. Релейная защита и оперативная автоматика должны работать с высокой степенью быстродействия и селективности.

В данном проекте разрабатывается подключение силового оборудования прессового участка цеха. Основные расчёты, необходимые для выполнения поставленной задачи: расчёты электрических нагрузок, расчёт и выбор линий электроснабжения по нагреву, расчёт токов короткого замыкания. Выбору подлежат автоматические выключатели, основные проводники и коммутационная аппаратура.

 

 

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОМЕЩЕНИЯ ПО ВЗРЫВО- ПОЖАРО- ЭЛЕКТРООПАСНОСТИ

Взрывоопасные зоны. Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатирующей организации.

При определении взрывоопасных зон принимается, что:

- взрывоопасная зона в помещении занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения;

- взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5% свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрывоопасность;

- осветительная сеть электроснабжение провод

- взрывоопасная зона наружных взрывоопасных установок ограничена размерами.

Примечания:

Объемы взрывоопасных газов и паровоздушной смесей, а также время образования паровоздушной смеси определяются в соответствии с "Указаниями по определению категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности", утвержденными в установленном порядке.

В помещениях с производствами категорий А, Б и Е электрооборудование должно удовлетворять требованиям к электроустановкам во взрывоопасных зонах соответствующих классов. Зоны взрывоопасности: В-І, В-Іа, В-Іб, В-Іг, В-ІІ, В-ІІа.

Все бытовые помещения прессового цеха являются не взрывоопасными.

Пожароопасные зоны. Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие (сгораемые) вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.

Зоны пожароопасности: П-I, П-II, П-IIа, П-IIІ.

Зоны класса П-I - зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются

горючие жидкости с температурой вспышки выше 61℃.

Зоны класса П-IIа - зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества.

Классификация помещений по электробезопасности, в отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

- помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

- помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырость или токопроводящая пыль; токопроводящиё полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.); высокая температура; возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой;

- особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность: особая сырость; химически активная или органическая среда; одновременно два или более условий повышенной опасности.

Данные участка прессового цеха приведены в таблицу 1.

 

Таблица 1. Классификация помещений участка прессового цеха по взрыво- пожаро-электробезопасности

 

Наименование помещения

Категории

Взрывной безопасности

Пожарной безопасности

Электрической безопасности

1. Станочный отделение

В-ІІ

П-II

ППО

2. Склад заготовок

D

П - I

ПБПО

3. Раздевалка 

D

П - І

ПБПО

4. Склад готовой продукции

D

П - III

ПБПО

5. Ремонтная мастерская

D

П - III

ПБПО

6. ТП

В - III

П - III

ООП

7. Вентиляция

D

П - ІІа

ПБПО

8. Инструментальная

В-ІІ

П - III

ПБПО

9. Помещение мастера

D

П - III

ПБПО


 

 

2 СОСТАВЛЕНИЕ СВОДНОЙ ВЕДОМОСТИ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

2.1 Краткая характеристика производства и потребителей электроэнергий

Прессовый участок (ПУ) предназначен для штамповки деталей электрической промышленности. Он является составной частью крупного завода электроизделий.

  На нём предусмотрены: станочное отделение, где размещён станочный парк; ремонтная мастерская, служебные, вспомогательные и бытовые помещения. Транспортные операции выполняются с помощью кран-балки и наземных электротележек.

Участок получает электроснабжение (ЭСН) от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП) 10\0,4кВ, расположенной в пристройке здания. Распределительные устройства (РУ) потребителей (ЭЭ) размещены в станочном отделении.

  Все электроприёмники относятся к 2 категории надёжности ЭСН. Количество рабочих смен – 3.

Грунт в районе цеха – глина с температурой +150С. Каркас здания сооружён из блоков – секции длинной 8 и 6 м каждый.

Размер цеха А х В х Н= 48 х 30 х 7 м.

Все помещения, кроме сварочного цеха двухэтажные высотой 3,2 м.

Перечень ЭО участка прессового участка цеха дан в таблице 2.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприёмника.

Расположение основного электрооборудования показан на плане рисунок 1

 

Таблица2. Перечень ЭО прессового участка цеха.

№ на плане

Наименование ЭО

Рэ,кВт

Примечание

1,2

Кузнечно-штамповочные автоматы

14,5

  

3,4

Прессы фрикционные

24,2

  

5

Кран-балка

9,5

ПВ-40%

6,7

Вентиляторы

4,5

  

8,11

Прессы кривошипные

15

  

9,10

Молоты ковочные

10,2

  

12,15

Наждачные станки

1,5

1-фазные

13,14

Сверлильные станки

3

  

 

Рисунок 1. Расположение основного электрооборудования прессового участка цеха

 

2.2 Расчет электрических  нагрузок

  Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: мощности районных трансформаторных подстанций, ЛЭП, питательных и распределительных сетей энергосистемы, заводских трансформаторных подстанций и их сетей. Поэтому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей. Завышение нагрузки приводит к перерасходу проводникового материала и удорожанию строительства; занижение нагрузки  может привести к уменьшению пропускной способности электрической сети и к невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприёмников. Применяемые в настоящее время методы расчёта электрических нагрузок основаны на опытных данных и на обобщениях, выполненных с применением методов математической статистики и теории вероятностей.

В данном расчете воспользуемся методом упорядоченных диаграмм, так как этот метод является основным методом при разработке технологических и рабочих проектов ЭСН.

По этому методу расчётная максимальная нагрузка группы электроприёмников определяется:

                                                          (2.1)

                                                     (2.2)

                                                     (2.3)

где;

- максимальная активная нагрузка, кВт;

- максимальная реактивная нагрузка, кВАр;

- максимальная полная нагрузка, кВА;

- коэффициент максимума активной  нагрузки;

- коэффициент максимума реактивной  нагрузки;

- средняя активная мощность  за наиболее нагруженную смену, кВт;

- средняя реактивная мощность  за наиболее нагруженную смену, кВАр

 

,                                                         (2.4)

где;

- коэффициент  максимума служит для перехода  от средней нагрузки к максимальной. Он представляет собой отношение расчётного максимума активной мощности нагрузки группы электроприёмников к средней нагрузке за наиболее нагруженную смену:

                                                            (2.5)

                                                            (2.6)

                                                     (2.7)

где;

- коэффициент  использования электроприёмников, определяется на основании опыта  эксплуатации по таблице;

- номинальная  активная групповая мощность, приведенная  к длительному режиму, без учета  резервных электроприемников, кВт;

- коэффициент реактивной мощности;

- определяется по таблицам  ( графикам );

 

                                                             (2.8)

- является эффективным числом  электроприемников, так как такое  число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает ту же величину расчетного максимума, что и группа электроприемников различных по мощности и режиму работы.

- показатель силовой сборки  в группе,

                                                                  (2.9)

где;

, - номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.

После определения полной мощности, можно подсчитать расчетный максимальный ток для электроприемников переменного тока:

                                                         (2.10)

где;

- максимальный ток, А

- напряжение сети, кВ

Расчёт нагрузок не может быть достаточно точным из-за возможных изменений технологического процесса исходных данных и неточности расчётных коэффициентов. Поэтому при расчёте нагрузок допускаются погрешности ± 10%

Для проведения расчетов мощность электроприемников работающих в повторно-кратковременном режиме (ПКР) должна быть приведена к длительному режиму по формуле:

                                                ,                                          (2.11)

где - приведенная мощность, кВт;

            - паспортная мощность, кВт;

            - продолжительность включения электроприемника.

 

Рном=9,5*√0,4=6,01 кВт

Однофазные приемники необходимо привести к эквивалентному трёхфазному выражению. Для этого однофазные приёмники (наждачные станки) по возможности распределяем по трём фазам и определяем мощность наиболее загруженной фазы (рисунок 2).


Рисунок 2. Распределение однофазных приемников в трехфазной сети

 

При включении на линейное напряжение:

                                                                                  (2.12)

 

Рном3ф=√3*1,5=2,6 кВт

 

Для каждого приемника электрической энергии по справочной литературе подбираем  значения коэффициентов использования , активной и реактивной мощности.

Зная единичные мощности электроприемников и их количество, определяем номинальные активные групповые мощности  по формуле:

,          (2.13)

 

где  - номинальная активная мощность одного электроприемника, кВт;

  - число электроприемников в группе.

Данные заносим в таблицу 3.

По узлу нагрузки находим суммарную номинальную мощность , суммарные среднесменную активную и реактивную мощности.

Определяем средневзвешенные значения и коэффициента использования в узле нагрузки по формулам:

       ,                                                  (2.14)

         ,                                                  (2.15)

где  - номинальная мощность электроприемника, кВт;

  - коэффициент использования, отн. ед.;

- коэффициент активной  мощности, отн. ед.

Находим эффективное число электроприемников узла нагрузки.

Под эффективным (приведенным) числом электроприемников понимаем такое число однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обусловливает ту же величину расчетной нагрузки, что и группа различных по номинальной мощности и режиму работы электроприемников.

  вычисляем по формуле:       

         

 

Найденное значение округляем до ближайшего меньшего целого числа. 

Определяем расчетную активную нагрузку группы электроприемников по выражению:

                                                     ,              

где - коэффициент расчетной нагрузки.

Величину принимаем  в зависимости от эффективного числа электроприемников группы и группового коэффициента использования , 

Расчетную реактивную мощность нагрузки определяем

следующим способом:

                         

где - значение коэффициента реактивной мощности.

Полную мощность расчетной нагрузки находим по формуле:

     ,                                  

где -  расчетная активная мощность группы, кВт;

 - расчетная реактивная мощность, кВар.

Расчетный ток нагрузки группы равен:

              ,                                   

где - полная мощность расчетной нагрузки, кВа;

  - номинальное напряжение, кВ.

Проведем расчет электрических нагрузок на примере РП1.

Зная единичную мощность первой группы электроприемников (вентиляторы) и их количество, определяем их номинальную групповую мощность

=4,5*2=9 кВт

Далее находим сменные нагрузки для этой группы электроприемников:

Pcм=0,7*9=6,3 кВт

Qcм=6,3*0,75=4,73кВар

       Аналогичным образом рассчитываем нагрузки остальных электроприемников РП1. Данные заносим в  таблицу

Определяем эффективное число ЭП для РП1:

 

 

 

Находим расчетные коэффициенты и

 

 

 

 

 

При и Киср.взв=0,25 расчетный коэффициент нагрузки Кр=2,2

 

 Определяем коэффициент  расчётной реактивной нагрузки  К!р=1,88

 

Определяем расчетные максимальные нагрузки для РП1

 

РмРП1=2,2*16,6=36,52 кВт

QмРП1=1,88*15,25=28,68 кВар

 

SмРП1=√(36,522+28,682)=46,44 кВА

 

Находим расчетный ток для РП1

 

Аналогично рассчитываем для РП2.

Зная все расчётные данные, находим  общую расчётную нагрузку на ШНН по формуле:

 

Далее, определяем потри в трансформаторе:

ΔРт=0,02Sм(нн)

 ΔQт=0,1Sм(нн)

ΔSт=√( ΔРт2+ ΔQт2)

 

ΔРт=0,02*126,81=2,54 кВт

ΔQт=0,1*126,81=12,68 кВар

ΔSт=√(2,54 2+ 12,682)=12,93 кВА

 

Полученые значения заносим в таблицу 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование РУ и электроприёмников

Нагрузка установленная

Нагрузка средняя за смену

Нагрузка максимальная

Pн, кВт

n

Pн.∑ кВт

        

Pcм кВт

Qcм кВар

Scм кВА

nэ

    

Pм кВт

Qм кВар

Sм кВА

Iм, А

Кран-балка

9,5

1

6,01

0.05

0,5

1,73

  

0,3

0,52

0,6

              

Вентиляторы

4,5

2

9

0,7

0,8

0,75

  

6,3

4,73

4,77

              

Прессы кривошипные

15

2

30

0,17

0,7

1

  

5,1

5,1

7,21

              

Молоты ковочные

10,2

2

20,4

0,24

0,7

1

  

4,9

4,9

6,93

              

ИТОГО по РП1

39,2

7

65,41

0,25

0.74                    

0,92

<3

16,6

15,25

22,54

3

2,2

1,88

36,52

28,68

46,44

67,03

Кузнечно-штамповочные автоматы

14,5

2

29

0,16

0,6

1,39

  

4,64

6,65

8,12

              

Прессы фрикционные

24,2

2

48,4

0,14

0,5

1,73

  

6,67

11,54

13,33

              

Наждачные станки

1,5

2

2,6

0,16

0,6

1,39

  

0,42

0,58

0.72

              

Сверлильные станки

3

2

6

0,17

0,7

1

  

1,02

1,02

1,44

              

ИТОГО по РП 2

43,4

8

84

0,152

0,54

1,55

<3

12,75

19,79

23,54

4

2.35

2,1

29,96

49,43

57.8

83,43

ЩО

-

-

14,4

0,85

1

0,3

-

12

4,04

27,6

-

-

12,2

4,02

27,6

41,9

63,7

Всего на ШНН

              

41,35

39,35

57,08

      

70,05

105,71

126,81

-

Потери

                          

2,54

12,68

12,93

-

Всего на ВН

                          

72,59

118,39

138,87

-



 

Таблица 3 Сводная ведомость электрических нагрузок

 

 

3 РАСЧЁТ И ВЫБОР ЛИНИЙ  ЭСН ПО НАГРЕВУ

Проводники линий ЭСН выбираем по допустимому нагреву длительным расчетным током. При этом сечение провода (кабеля) должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы максимальные длительные допустимые значения токов для этих сечений были равными или больше значений токов для рассматриваемого участка сети, согласно условию:

   ,                    (3.1)                        

где – длительный (допустимый) ток проводника, А;

  – расчетный ток линии, А.

Расчетный ток 3-х фазной линии находим по формуле:

  ,                                          (3.2)

где - номинальная мощность ЭП, кВт;

  – номинальное напряжение питания ЭП, кВ.

Пример расчета трехфазного тока покажем на примере расчета

отходящей от РП1 линии 1р:

 

Выбираем провод АВВГ 4-2,5 с . Производим проверку правильности выбора проводника по условию 3.1:

 

По допустимому длительному нагреву следует, что проводник выбран верно.

Выбор кабеля питающего РП покажем на примере РП1(линия 1п):

 

Выбираем по условию 3.1 кабель марки АВВГ- 4×50 с

изводим проверку правильности выбора проводника:

 

Условие выполнено, проводник выбран верно.

Выбор остальных проводников производим аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Нормальный режим работы электропрёмника обеспечивается напряжением сети, которое должно совпадать с номинальным напряжением приемника в точке его присоединения.

 Повышение или понижение  уровня напряжения сети ухудшает  работу электроприемника. Так повышенное  напряжение на зажимах асинхронного  двигателя приводит к перегреву  обмоток статора и ускоряет  износ изоляции, а при пониженном уровне напряжения падает частота вращения двигателя, нарушается режим работы электропривода, что приводит к увеличению потребляемого тока и перегреву изоляции.

Для проверки правильности выбора проводников, согласно ГОСТ 13109-97, определяем потери напряжения в линиях, которые должны удовлетворять условию:

                                                                                                       (3.3)

Определяем потери напряжения в линиях по формуле:

                                        ,                 (3.4)

где - потери напряжения, %;

  - номинальное максимальное напряжение, В;

  - удельное активное сопротивление, [14, табл.П2], Ом/км;

  - удельное индуктивное сопротивление, [14, табл.П2],Ом/км;

  – длина проводника, км.

Рассчитываем потери напряжения в линии 1п к РП1:

 

 

 

По потере напряжения кабель АВВГ-4×120,0 для питания РП1 (линия 1п) удовлетворяет условию выбора  3.3.

Расчет потерь в остальных линиях производим аналогично, результаты заносим в таблицу 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЁТ И ВЫБОР АППАРАТОВ  ЗАЩИТЫ (АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ)

В электрической сети возможны нарушения нормального режима работы: перегрузки, короткие замыкания и т. д.,  при которых ток в проводниках резко возрастает. Поэтому внутрицеховые сети должны быть надежно защищены аппаратом, отключающим поврежденный элемент с наименьшими потерями времени. Защита электрических сетей должна быть предусмотрена во всех случаях.

Выключатели автоматические применяются для:

- защиты от перегрузки и короткого замыкания кабельных линий, проводников и потребителей;

- защиты двигателей от перегрузки и короткого замыкания;

- комбинации пусковых комбинаций (выключатель - тепловое реле - контактор);

- использования в качестве разъединителей питающих и главных цепей.

 Выбор автоматических  выключателей покажем на примере  расчета линии 1р от РП1, которая питает молоты ковочные.

Выбираем автоматический выключатель по номинальному току автомата и теплового расцепителя:

                                           ,                                         

                                           ,                                         

где - расчетный рабочий ток, который берем из таблицы 4.

 

 

 

Исходя из расчета, выбираем автоматический выключатель

серии ВА51-31-1 с   и .

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя  .

Проверяем выбранный автоматический выключатель.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя ( , проверяем исходя из значения кратковременного тока по условию:

                                                                                        (4.1)

Кратковременный ток выбирается из условия:

                                     ,                              (4.2)

где – пусковой ток, который высчитываем по формуле:

                                                                                                     (4.3)

Подставляем значение в формулу (4.2) и находим кратковременный ток:

                                                                                         (4.4)

 

Производим проверку автоматического выключателя по условию 4.1:

 

Условие соблюдено, выключатель выбран верно. Аналогично производим расчет и выбор остальных выключателей, результаты заносим в таблицу 4.

Для защиты питающей линии 1п  РП1, расчетный ток которой равен 195,8 А, выбираем автоматический выключатель серии ВА 35-25 с и . Ток срабатывания электромагнитного расцепителя .

Выбор остальных  автоматов производим аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

 

 

 

 

 

 Таблица 4 Сводная ведомость

 

РУ

Электроприёмники

Аппараты защиты

Линия ЭСН

Тип

№

пп

Наименование

n

Pм

Iм

Тип

Iма

Iмр

Ку(п)

Ку(х)

Марка

Iм

L

РП1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Кран-балка

1

9,5

28,8

ВА51-31-1

100

31,5

1,35

7

АВВГ4-2,5

46

22

2

Вентиляторы

1

4,5

9,5

ВА51-25

25

10

1,35

7

АВВГ4-2,5

29

13

3

Вентиляторы

1

4,5

9,5

ВА51-25

25

10

1,35

7

АВВГ4-2,5

29

13

4

Прессы кривошипные

1

15

39

ВА51-31-1

100

40

1,35

7

АВВГ4-6

46

5

5

Прессы кривошипные

1

15

39

ВА51-31-1

100

40

1,35

7

АВВГ4-6

46

5

6

Молоты ковочные

1

10,2

26,5

ВА51-31-1

100

31,5

1,35

7

АВВГ4-4

38

9

7

Молоты ковочные

1

10,2

26,5

ВА51-31-1

100

31,5

1,35

7

АВВГ4-4

38

9

   

7

  

127,6

ВА51-31

150

150

1,25

10

АВВГ4-10

210

30

РП2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Кузнечно-штамповочные автоматы

1

14,5

40,8

ВА51-31-1

100

50

1,35

7

АВВГ4-4

70

2

2

Кузнечно-штамповочные автоматы

1

14,5

40,8

ВА51-31-1

100

50

1,35

7

АВВГ4-4

70

2

3

Прессы фрикционные

1

24,2

81,8

ВА51-31-1

100

100

1,35

7

АВВГ4-6

115

8

4

Прессы фрикционные

1

24,2

81,8

ВА51-31-1

100

100

1,35

7

АВВГ4-6

115

8

5

Наждачные станки

1

1,5

4,2

ВА51-25

25

16

1,2

14

АВВГ4-2,5

29

4

6

Наждачные станки

1

1,5

4,2

ВА51-25

25

16

1,2

14

АВВГ4-2,5

29

4

7

Сверлильные станки

1

3

7,8

ВА51-25

25

8

1,35

7

АВВГ4-2,5

29

2

8

Сверлильные станки

1

3

7,8

ВА51-25

25

8

1,35

7

АВВГ4-2,5

29

2

   

8

  

212

ВА51-35

250

250

1,25

10

АВВГ4-10

295

36