ЭСН и ЭО цеха металло-режущих станков

  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 характеристика проектируемого цеха

  Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ 

  Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного  производства деталей по заказу.

  ЦМС предусматривает  наличие производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного назначения размещены в станочном, заточном и резьбошлифовальном отделениях.

  Транспортные  операции выполняются кран-балкой и  наземными  электротележками.

  Цех получает ЭСН от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от ГПП завода. Подводимое напряжение – 10 или 35 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии 15 км.

  Потребители ЭЭ относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.

  Количество  рабочих смен – 3.

  Грунт в  районе цеха – глина при температуре +5°С.

  Каркас  здания сооружен из блоков-секций, длиной 6 и 8 м каждый.

  Размеры цеха АхВхН = 50х30х8 м. 

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

  Перечень  ЭО цеха металлорежущих станков дан  в таблице 1.

  Мощность  электропотребления (Pэп) указана для одного электроприёмника.

  Расположение  основного ЭО показано на плане (рис. 1). 

  Таблица 1.Перечень ЭО цеха металлорежущих станков

  №   № на плане   Наименование  ЭО   Pэп, кВт   Примечание
      1   2   3   4
  1   1, 11, 40   Электропривод раздвижных ворот   4,5   1-фазные

  ПВ = 25%

  2   2…4   Универсальные заточные станки   2,8    
  3   5, 10   Заточные  станки для червячных фрез   8,2    
  4   6, 7   Резьбошлифовальные  станки   6,4    
  5   8, 9   Заточные  станки для фрезерных головок   4,2    
  6   12, 13,

  17…19

   Круглошлифовальные  станки   10    
  7   14…16   Токарные  станки   7,8    
  8   20…22   Вентиляторы   5    
  9   23, 24, 29,

  30,36,37

   Плоскошлифовальные  станки   18,5    
  10   25…28,

  34,35

   Внутришлифовальные  станки   12    
  11   31   Кран-балка   15   ПВ = 40%
  12   32, 33, 38, 39   Заточные  станки   3,2    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

  Рис.1План расположения ЭО цеха металлорежущих станков 
 
 

  2 Расчет электрической нагрузки цеха 

  В этом разделе  рассматриваются методы определения  электрических нагрузок, осуществляется расчет силовых нагрузок и составляется сводная ведомость.

  Создание  каждого промышленного объекта  начинается с его проектирования и определения ожидаемых (расчетных) нагрузок.

  При определении  расчетных электрических нагрузок пользуемся методом коэффициента максимума.

      2.1 Определяем номинальную мощность электроприёмников

      Электропривод раздвижных ворот

                                                 (2.1) 

      Кран-балка

                                                             (2.2)

      Номинальная мощность электроприёмников будет  равна их мощности

                                                                                                            (2.3)          

    1. Определяем суммарную мощность электроприёмников

                                               (2.4)

    1. Определяем модуль сборки

                                                                                  (2.5)

    1. Определяем значения: kи, cosφ [Л1, стр. 52-53, 2,11; 2,12], tg.
 
  
    1. Определяем  среднесменную активную мощность

                                           (2.6)

    1. Определяем среднесменную активную мощность

                                               (2.7)

    1. Определяем количество электроприёмников

              (2.8)

    1. Определяем общие значения PΣном, Pсм и Qсм

                                                                                           (2.9) 

                                                                                                                            (2.10) 

                                                                                                     (2.11) 

  
    1. Определяем  эффективное число электроприёмников [Л1, стр. 57; таб. 2.14]

                                                                                                 (2.12)

                                                                                               (2.13)

       

                                                                     (2.14)

    1. Определяем коэффициент максимума [Л1, стр. 54, табл. 2,13]
 
  
    1. Определяем  значение максимальной активной, реактивной и полной мощностей

                                          (2.15)

                                                                              (2.16)

                                   (2.17)

      2.12        Определяем максимальный ток

                                                               (2.18)

      Результаты  расчётов сводим в таблицу 2 
     
     
     

  1. Расчет  электроосвещения цеха
 

  Рациональное  освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно  организованное освещение создает  благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте  должно быть таким, чтобы работник мог  без напряжения зрения выполнять  свою работу. Утомляемость органов  зрения зависит от ряда причин:

  • недостаточность освещенности;
  • чрезмерная освещенность;
  • неправильное направление света.

  Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной  утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности. В цехе используются дуговые ртутные лампы (ДРЛ).

    1. Определяем площадь цеха

                                                                         (3.1)

    1. Определяем активную мощность освещения

                (3.2)

    1. Определяем реактивную мощность освещения

                                               (3.3)

    1. Определяем полную мощность освещения

                                   (3.4)

    1. Определяем ток освещения

                                                                    (3.5)

    1. Определяем активную мощность подстанции

                                          (3.6)

    1. Определяем реактивную мощность подстанции

                                       (3.7)

    1. Определяем полную мощность подстанции

                             (3.8)

    1. Определяем ток подстанции

                                                                  (3.9) 

      Результаты  расчётов сводим в таблицу 2 
     
     

  1. Выбор трансформатора на подстанции
 

  Трансформаторные  цеховые подстанции являются основным звеном системы электроснабжения и  предназначены для питания одного или нескольких цехов.

  Одно-трансформаторные цеховые подстанции применяются  при питании нагрузок, допускающих  перерыв электроснабжения на время  доставки «складного» резерва или  при резервировании, осуществляемом по перемычкам на вторичном напряжении

  Выбор числа  и мощности трансформаторов обусловлен величиной и характером нагрузки, с учетом его перегрузочной способности, которая должна составлять 40% от мощности трансформатора. 

      4.1 Определяем минимальную мощность цехового трансформатора

                                                                       (4.1)

      4.2 Определяем  максимальную мощность цехового трансформатора

                                                                    (4.2)

      Принимаем к установке трансформатор типа ТМ-160

      Таблица 3. Данные трансформатора ТМ-160

  Данные  трансформатора
  Название   Обозначение   Значение
  Мощность   Sнт, кВА   160
  Напряжение   U, кВ   10/0,4
  Потери  холостого хода   Pхх, кВт   0,51
  Потери  короткого замыкания   Pкз, кВт   2,65
  Напряжение  короткого замыкания   Uкз, %   4,5
  Ток холостого хода   Iхх, %   2,4
  Схема   У/Ун-0

       4.3 Определяем реактивную мощность которую может пропустить через себя трансформатор при максимальном напряжении

        (4.3)

      4.4 Определяем реактивную мощность которую можно скомпенсировать

                                               (4.4)

      Принимаем к установке конденсатор типа УК-0,38-110, номинальной

  мощностью 110 кВАр

  4.5 Определяем реактивную мощность

                                                (4.5)

  4.6 Определяем  потери трансформатора

                                                         (4.6)

                 (4.7)

      (4.8)

  4.7 Определяем активную мощность трансформаторной подстанции с учётом потерь

                                                 (4.9)

  4.8 Определяем  реактивную мощность трансформаторной  подстанции с учётом потерь

                                                (4.10)

  4.9 Определяем  полную мощность трансформаторной подстанции с учётом потерь

                                      (4.11) 
 
 
 
 
 
 
 

    5 Компенсация реактивной мощности и выбор компенсирующего устройства 

  Компенсация реактивной мощности или повышение  коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет  большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой  потребителю электроэнергии.

  Передача  значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям вызывает возникновение дополнительных потерь активной мощности и энергии  во всех элементах системы электроснабжения.

  Затраты, обусловленные этой передачей, можно  уменьшить или даже устранить, если устранить влияние реактивной мощности в сетях низкого напряжения.

  Компенсация реактивной мощности с одновременным  улучшением качества электроэнергии непосредственно  в сетях промышленных предприятий  является одним из основных направлений  сокращения потерь электроэнергии и  повышения эффективности электроустановок предприятия.

  Для компенсации  реактивной мощности применяются специальные, компенсирующие устройства, являются источниками реактивной энергии емкостного характера.

  Мощность  КУ (компенсирующие устройства) определил в ходе выбора трансформатора к подстанции и принял к установке конденсатор типа

    УК-0,38-110, номинальной мощностью 110 кВАр. 
 
 
 
 

  6 Выбор и описание схемы электроснабжения 

  Цеховые сети делят на питающие, которые  отходят от источника питания (подстанции), и распределительные, к которым  присоединяются Электроприемники.

  Внутрицеховое распределение электроэнергии может  выполняться по трем схемам:

  - радиальной;

  - магистральной;

  - смешанной.

  Выбор определяется категорией надежности потребителей, их территориальным размещением, особенностями  режимов работы и технико-экономическими показателями системы.

  Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

  - Обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

  - Быть удобными и безопасными в эксплуатации;

  - Иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

  Магистральная схема используется на большие токи (до 6300А), может подключаться непосредственно  к трансформатору без распределительного устройства на стороне низшего напряжения, и выполняются с равномерным  распределением электроэнергии к отдельным  потребителям. Магистральные схемы  обладают универсальностью, гибкостью (позволяют заменить технологическое  оборудование без изменения электрической  сети).

  Радиальная  схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой  электрической сети, отходящих от распределительных устройств низшего  напряжения трансформаторной подстанции и предназначенных для питания  небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляется самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Достоинством радиальных схем является высокая надежность питания и возможность применения автоматики.