ЭСН и ЭО цеха металлоизделий. 2

Введение

Основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатываемой в нашей стране.

Актуальность данного курсового проекта заключается в том, что ввод в действие новых предприятий, расширение существующих, рост энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологии во всех отраслях производств выдвигают проблему их рационального электроснабжения.

В настоящее время электроэнергетика Казахстана является важнейшим жизнеобеспечивающей отраслью страны

Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ

 

Цех металлоизделий является составной частью отрасли тяжелого машиностроения и предназначен для выпуска различных изделий для этого производства.

В цехе предусмотрено термическое отделение, в котором производится предварительная подготовка заготовок и окончательная подготовка готовых изделий.

В станочном отделении установлены станки различного назначения. Транспортные операции производятся с помощью мостовых кранов и наземных электротележек.

Кроме названных в цехе имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения.

Цех металлоизделий получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной  подстанции, расположенной на расстоянии 1,6 км от заводской подстанции глубокого ввода . Напряжение – 10 или 35 кВ. От энергосистемы электроснабжения до подстанции глубокого ввода – 15км.

Количество рабочих смен – 2. Потребители электроэнергии по надежностиэлектроснабжения – 2 и 3 категории.

Грунт в районе цеха – песок с температурой +10°C. Каркас здания сооружен из блоков  - секций блинной 4, 6, и 8 м каждый.

Размеры цеха A× B × H = 48 × 30 × 10 м.

Все помещения, кроме станочного и термического отделений, двухэтажные высотой 4 м.

Перечень ЭО цеха дан в таблице 3.13.

Мощность электропотребления (Pэп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного электрооборудования показаны на листе №1 графической части курсового проекта.

 

Таблица 1. Перечень электрооборудования цеха металлоизделий

№ на плане	Наименование ЭО	Pэп, кВт	Примечание
1	2	3	4
1, 31, 42	Краны мостовые	25	ПВ = 25 %, ПКР
2, 3, 14	Продольно-строгальные станки	12,2	ДР
15…17	Плоско-шлифовальные станки	3	ДР, 1 – фазные
4…8, 32…35, 39…41	Токарно-револьверные станки	3,5	ДР
9…13	Токарные станки	15	ДР
18, 19	Вертикально-сверлильные станки	2,5	ДР, 1 – фазные
20	Расточный станок	13	ДР
21, 22	Фрезерные станки	3,8	ДР
23, 24	Радиально-сверлильные станки	9,5	ДР
25	Электрическая печь сопротивления	60	ДР
26, 27	Электрические печи индукционные	24	ДР
28…30	Электродуговые печи	50
36…38	Вентиляторы	5	ДР

 

2. Расчет электрических нагрузок цеха металлоизделий

 

2.1 Расчет ЛЭП и выбор  неизолированных проводов

 

Рассчитать линию электропередачи - это значит определить:

- сечение провода и  сформировать марку;

- потери мощности;

- потери напряжения.

Сечение провода, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии, называют экономическим. Правила устройства электроустановок рекомендуют для определения расчетного экономического сечения (Sэк) метод экономической плотности тока.

 

                                                    Sэк = ,                                                   (1)

 

где Sэк - экономическое сечение провода, мм2;

      Iм.р - максимальный расчетный ток в линии при нормальном режиме работы, А.

Для трехфазной сети

 

                                                 Iм.р =                                                  (2)

 

jэк - экономическая плотность тока, А/мм2; принимается на основании опыта эксплуатации.

jэк = F(Tм, вид проводника),

 

где Тм - время использования максимальной нагрузки за год, час.

Полученное расчетное экономическое сечение (Sэк) приводят к ближайшему стандартному значению.

Если получено большое сечение, то берется несколько параллельных проводов (линий) стандартного сечения так, чтобы суммарное сечение было близко к расчетному.

 

По экономической плотности тока определяется расчетное сечение проводов и приводится к стандартному значению:

 

jэк = F(Тм,Al) =F(5000,Аl) = 1,7 А/мм2

 

Sэк = = = 34,3

 

С учетом тока и экономической плотности выбирается сечение провода 3х35 марки А35.

По полному току и экономической плотности тока определяется сечение кабеля линии:

 

Sэк = =  = 37

 

Выбирается сечение кабеля ВВГ 3х50+1х25

          Рассчитывается провод по току  и экономическому сечению:

 

SРП1 = = 2,609

 

SРП2 = = =2,72

 

SШМА1 = = = 38,24

 

SШМА2 = = = 34,4

 

SЩО = = = 1,48

 

SЩОУ = = =  24,9

 

 

2.2 Расчет электрических  нагрузок методом упорядоченных  диаграмм

 

Одним из очень важных этапов при проектировании системы электроснабжения предприятия является определение расчётных нагрузок, а не простое суммирование установленных мощностей.

Расчетная максимальная мощность, которая потребляется электроприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих приемников. Это объясняется неполной загрузкой мощностей электроприёмников, разновременностью их работы, обеспечением условий труда обслуживающего персонала.

От правильной оценки ожидаемых электрических нагрузок зависит степень капиталовложений при организации электроснабжения. Завышение ожидаемых нагрузок ведёт к удорожанию строительства, перерасходу материалов, неоправданному увеличению питающих мощностей.

Занижение нагрузок, либо проектирование электроснабжения без учёта перспективного роста мощности производства может привести к дополнительным потерям мощности, перегрузке оборудования, либо к необходимости кардинальной перестройке системы электроснабжения.

Для определения расчетных нагрузок наиболее часто используется метод упорядоченных диаграмм. Метод применим, когда известны номинальные данные всех электроприёмников предприятия с учётом их размещения на территории предприятия.

Определяется средняя нагрузка групп приёмников за максимально загруженную смену Рсм и расчётный получасовой максимум Рр:

 

                                                 Рсм=kи*Рном                                                      (3)

 

Расчётная максимальная нагрузка:

 

                                                    Рр=kм*Рсм                                                           (4)

 

где kм – коэффициент максимума, в данном случае активной мощности, принимаемой по графикам, в зависимости от коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников.

Коэффициент максимума характеризует превышение максимальной нагрузки над средней за максимально загруженную смену.

Величина, обратная коэффициенту максимума называется коэффициентом заполнения графика нагрузки kзап:kзап

 

                                                  kм= =                                                          (5)

 

Расчёты нагрузок проводят для активных и для реактивных мощностей.

При расчёте соблюдается порядок расчёта по методу упорядоченных диаграмм:

1) все электроприёмники  разбиваются на однородные по  режиму работы группы с одинаковыми  значениями коэффициентов использования  и коэффициентов мощности,

2) в каждой группе электроприёмников  и по узлу в целом находят  пределы их номинальных мощностей  и приведённое число приёмников, при этом все электроприёмники  приводятся к ПВ=100%,

3) подсчитывается номинальная мощность узла,

4) определяется для групп  электроприёмников коэффициент использования и коэффициент мощности cosφ по справочным таблицам и по характеристикам оборудования,

5) определяется активная  и реактивная потребляемая мощность  за наиболее загруженную смену:

 

                                     Qсм=Рсм*tgφ,                                                      (6)

 

6) определяется суммарная  активная и реактивная нагрузка  для узла для разнородных групп  электроприёмников,

7) определяется средневзвешенное значение коэффициента использования узла и коэффициента мощности по tgφуз:Рном

 

                                               Kи.уз=                                                              (7)

 

                                               tgφ =                                                                (8)

 

8) определяется эффективное  приведённое число электроприёмниковnп,

9) с учётом коэффициента  максимума определяется расчётная  максимальная нагрузка,

10) определяется полная  мощность:

 

                                             Sр=                                                             (9)

 

и расчётный ток:

                                             Ip=                                                                  (10)

 

 

 

 

Рис. 1. Схема электроснабжения цеха  

 

 

 

 

 

 

 

Секция 1	Нагрузка приведенная, кВт		Секция 2
РП1			РП2
Краны мостовые 3 × 23	69	27	3× 9 Плоско-шлифовальные станки
		15	2 × 7.5 Вертикально-сверлильные танки
ШМА2			ШМА2
Продольно-строгальные станки 1 × 12,2	12,2	24,2	2 × 12,2 Продольно-строгальные станки
Токарно-револьверные станки 6 × 3,5	21	21	6 × 3,5 Токарно-револьверные станки
Токарные станки 2 × 15	30	45	3 × 15 Токарные станки
Фрезерные станки 1×3,8	3,8	3,8	1×3,8 Фрезерные станки
Радиально-сверлильные станки 1× 9,5	9,5	9,5	1× 9,5 Радиально-сверлильные станки
Электрические печи индукционные 1×24	24	24	1×24 Электрические печи индукционные
Электродуговые печи 1×50	50	100	2×50 Электродуговые печи
Вентиляторы 2×5	10	5	1×5 Вентиляторы
Электрическая печь сопротивления 1×60	60	13	1× 13 Расточный станок
ИТОГО	289,5	287,5	ИТОГО

 

 

Согласно распределению нагрузки по распределительному устройству заполняется «Сводная ведомость нагрузок по цеху» (таблица 2), колонки 1, 2, 3, 5, 6, 7.

Колонка 4: Pн∑=Рнn,кроме РП2 с 1-фазными электроприемниками и ЩО. Так как на РП1, РП2,электроприемники одного наименования, итоговых расчетов не требуется.

Расчеты производятся для РПl и РП2.

Определяется:

 

= = 1,1

 

результат заносится в колонку 8.

Определяются:

 

Рсм=КиРн= 0.1 • 69 = 6,9

 

Qсм=Рсмtgφ = 6,9 • 1,73 = 11,9

 

Sсм= = = 13,7

 

результаты заносятся в колонки 9, 10, 11 соответственно.

Определяются:

 

Ки.ср== 0,14

 

cosφ= = = 0,5

 

tgφ = = = 1,7

 

для ШМА1 и ШМА2, результаты заносятся в колонки 5, 6, 7 соответственно.

Определяется:

 

nЭ= F(n, m, Ки.ср, Рн) = F(16, > 3, > 0,52, переменная) = 16

 

результат заносится в колонку 12.

Определяется:

 

Км = F(Ки.ср;nэ) = (0,52;16) = 1,23

 

результат заносится в колонку 13.

         В соответствии с практикой  проектирования принимается К′м= 1,1 при nэ≤ 0; К′м= 1 при nэ> 10.

Определяются:

 

Рм = КмРсм = 1,33*17,43 = 23,18

 

Qм =К′мQсм = 1,1*13,689 =15,06

 

Sм== = 27,642

 

результат заносится в колонки 15, 16, 17.

Определяется ток на распределительное устройство, результат заносится в колонку 18.

 

Iм(РП1) = = = 40,1 А

 

Iм(РП2)= = = 29,5 А

 

Iм(ШМА1) = = = 269 А

 

Iм(ШМА2)= = = 276,2 А

 

Iм(ЩО)= = = 19,4 А

 

 

Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 15, 16, 17.

 

Рт = 0,02Sм(НН) = 0,02*415,6 = 8,3

 

Qт = 0,1Sм(НН) = 0,1*415,6 = 41,5

 

Sт = = = 42,3

 

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности.

 

Sт ≥ Sр = 0,7Sм(ВН) = 0,7*457.9= 320,53 кВ*А

 

По [5, с. 116] выбирается КТП с двумя силовыми  трансформаторами ТМ-400кВА 35/0,4 кВ.

ВН, кВ = 35

НН, кВ = 0,4; 0,69

Рк, кВт = 5,5;5,9

Рхх, кВт = 1,2;1,2

 

Кз = = = 0,51

 

 

 

Таблица 2. Сводная ведомость нагрузок по цеху

 

Наименование РУ и электроприемников	Нагрузка установленная							Нагрузка средняя за смену						Нагрузка максимальная
	Рн, кВт	n	РнƩ, кВт	Ки	cos φ	tg φ	m	Рсм, кВт	Ԛсм, квар	Sсм, кВ·А	nэ	Км	К'м	Рм, кВт	Ԛм, квар	Sм, кВ·А	Iм, А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
РП1 Краны мостовые	23	3	69	0,1	0,5	1,73	-	6,9	11,9	13,7		3,43		23,6	11,9	26,4	40,1
РП2 Плоско-шлифовальные станки Вертикально-сверлильные станки	9 7,5	3 2	27 15	0,14 0,14	0,5 0,5	1,73 1,73	-	3,7 2,1	6,4 3,6
ВСЕГО по РП2		5	42	0,14	0,5	1,72	<3	5,8	10	11,5	5	2,87	1	16,6	10	19,4	29,5
ШМА1 Продольно-строгальные станки Токарно-револьверные станки Токарные станки Фрезерные станки Радиально-сверлильные станки Электрические печи индукционные Электродуговые печи Вентиляторы Электрическая печь сопротивления	12,2   3,5 15 3,8 9,5 24   50 5 60	1   6 2 1 1 1   1 2 1	12,2   21 30 3,8 9,5 24   50 10 60	0,17   0,17 0,14 0,17 0,14 0,75   0,75 0,7 0,7	0,65   0,65 0,5 0,65 0,5 0,35   0,87 0,8 0,95	1,17   1,17 1,73 1,17 1,73 2,67   0,56 0,75 0,33		2   3,5 4,2 0,6 1,3 18   37,5 7 42	2,3   4 7,2 0,7 2,2 48   21 5,2 13,8
ВСЕГО по ШМА1		16	220,5	0,52	0,74	0,9	>3	116,1	104,4	156,1	16	1,23	1	142,8	104,4	176,9	269
ШМА2 Продольно-строгальные станки Токарно-револьверные станки Токарные станки Фрезерные станки Радиально-сверлильные станки Электрические печи индукционные Электродуговые печи Вентиляторы Расточный станок	12,2   3,5 15 3,8 9,5 24   50 5 12	2   6 3 1 1 1   2 1 1	24,2   21 45 3,8 9,5 24   100 5 13	0,17   0,17 0,14 0,17 0,14 0,75   0,75 0,7 0,17	0,65   0,65 0,5 0,65 0,5 0,35   0,87 0,8 0,65	1,17   1,17 1,73 1,17 1,73 2,67   0,56 0,75 1,17		4,1   3,5 6,3 0,6 1,3 18   75 3,5 2,2	4,7   4 10,8 0,7 2,2 48   42 2,6 2,5
ВСЕГО по ШМА2		18	245,5	0,46	0,7	1,02	>3	114,5	117,5	164	18	1,21	1	138,5	117,5	181,6	276,2
ЩО ОУ с ГРЛ	-	-	14,4	0,85	0,95	0,33	-	12,2	4	12,8	-	-	-	12,2	4	12,8	19,4
Всего на ШНН								255,5	247,8	358,1	-	-	-	333,7	247,8	415,6	-
Потери														8,3	41,5	42,3
Всего на ВН														342	289.3	457.9

 

2.3 Расчет и выбор компенсирующего устройства

 

Для выбора компенсирующего устройства необходимо знать:

• расчетную реактивную мощность компенсирующего устройства;
• тип компенсирующего устройства;
• напряжение компенсирующего устройства.

Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения:

 

                              Qкр = αРм (tgφ – tgφк)                                               (11)

 

где Qк.p — расчетная мощность компенсирующего устройства, квар;

α — коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается α =0,9;

tgφ, tgφк — коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.  

 Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφк = 0,92...0,95.

Задавшись cosφк из этого промежутка, определяют tgφк.

Значения Рм , tgφ выбираются по результату расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок».

Задавшись типом компенсирующего устройства, зная Qкр и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные конденсаторные установки или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

После выбора стандартного компенсирующего устройства определяется фактическое значение cos φф:

 

                                                                                    (12)

 

 где  — стандартное значение мощности выбранного компенсирующего устройства, квар.

По tgφф определяют cos φф:

 

                                    cosφф = cos(arctgφф)                                               (13)                    

 

 

 

 

 

 

 

 

Структура условного обозначения компенсирующих устройств

 

 

К расчёту принимаются данные из расчета электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм.

 

Параметр	cosφ	tgφ	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВ*а
Всего на НН без КУ	0,7	1,02	333,7	247,8	415,6

 

Расчетная мощность компенсирующего устройства определяется:

 

Qкр = αРм (tgφ – tgφк) = 0,9 • 333,7 (1,02 – 0,33)=207,22 квар

 

По [5, с. 127] выбирается 2 х УК 2-0,38- 50

Принимается соs φк =0,95, тогда tg φк =0,33.

Определяются фактические значения tgφφ  и соsφφ после компенсации реактивной мощности:

 

= 1,02 – = 0,68

Результаты расчетов заносятся в «Сводную ведомость нагрузок» (таблица 3).

Определяются расчетная мощность трансформатора с учетом потерь:

Sp = 0,7SBH = 0,7*457.9=320,5 кВ•А;

 

∆Рт = 0,02SHH = 0,02*415,6 =8,3 кВт

 

∆QT = 0,1Sнн = 0,1*415,6 = 41,5кВар;

 

Sт = кВ*А

 

 

По [5, с. 116] выбирается КТП с двумя силовыми  трансформаторами ТМ-400кВА 35/0,4 кВ.

ВН, кВ = 35

НН, кВ = 0,4; 0,69

Рк, кВт = 5,5;5,9

Рхх, кВт = 1,2;1,2

Кз = = = 0,51

 

 

 

Таблица 3. Сводная ведомость нагрузок

 

Параметр	Cosφ	tgφ	Рм, кВт	Qм, квар	Sм, кВ*А
Всего на НН без КУ	0,7	1,02	333,7	247,8	415,6
КУ				2*50
Всего на НН с КУ			333,7	147,8
Потери
Всего ВН с КУ

 

 

2.4 Расчет и выбор аппаратов защиты и линий электроснабжения

 

Для выбора аппарата защиты нужно знать ток в линии, где он установлен, тип его и число фаз.

         Токи (в амперах) в линии определяются  по формуле:

 

                            Iт = - сразу после трансформатора,                              (14)

 

где Sт — номинальная мощность трансформатора, кВА;

      Vн.т — номинальное напряжение трансформатора, кВ.

Принимается Vн.т = 0,4 кВ.

   

             IРУ = - линия к распределительному устройству,          (15)

 

где Sм.РУ- максимальная расчетная мощность РУ, кВА;

      Vн.РУ- номинальное напряжение РУ, кВ.

Принимается Vн.РУ = 0,38 кВ.

 

                 Iд = - линия к ЭД переменного тока                 (16)

 

где Рд- мощность ЭД переменного тока, кВт;

       Vн.д- номинальное напряжение ЭД, кВ;

       ηд- КПД ЭД, отн. ед.

Примечание. Если ЭД повторно-кратковременного режима, то Рд=Рд.п

 

                        Iсв = - линия к трансформатору                  (17)

 

где Sсв — полная мощность сварочного 3-фазного трансформатора, кВА;

ПВ — продолжительность включения, отн. ед.

В сетях напряжения менее 1 кВ в качестве аппаратов защиты могут применяться автоматические выключатели (автоматы), предохранители и тепловые реле.

Автоматы выбираются согласно условиям:

Iна > IН.Р;      Iн.Р > Iдп — Для линии без ЭД;

Vна > Vс,       Iн.р > 1,25Iдл  — для линии с одним ЭД;

                      Iн.р > 1,1Iм — Для групповой линии с несколькими ЭД,

 где  Iн.а— номинальный ток автомата, А;

        Iн.р — номинальный ток расцепителя, А;

        Iдл — длительный ток в линии, А;

        Iм — максимальный ток в линии, А;

       Vн.а — номинальное напряжение автомата, В;

       Vс — напряжение сети, В;

 

                                        K0 ≥                                                                (18)

 

I0 ≥ Iд.п - для линии без ЭДС;

I0 ≥ 1,2Iп  - для линии с одним ЭДС;

I0 ≥ 1,2Iпик - для групповой линии с несколькими ЭД;

где К0 -кратность отсечки;

I0-ток отсечки, А;

IП -пусковой ток, А;

 

                                                Iп = KпIн.д                                                                                  (19)

 

где КП  - кратность пускового тока. Принимается =6,5…7,5- для АД; для СД и МПТ;

Iн.д - номинальный ток,А;

Iпие -пиковый ток, А;

 

                                             Iпик = Iп.нб+Iм-Iн.нб,                                       (20)

 

где  Iп.нб - пусковой ток наибольшего по мощности ЭД, А;

       Iп.нб - номинальный ток наибольшего по мощности ЭД, А;

       Iм - максимальный ток на группу, А;

Зная тип и число полюсов автомата, выписываются все каталожные данные.

Предохранители выбираются согласно условиям:

Iвс ≥ Iдл - для линии без ЭД;

Iвс ≥ - для линии с ЭД и тяжелым пуском;

Iвс≥ - для линии с ЭД и легким пуском;

Iвс ≥ - для линии к РУ (РП или шинопровод);

Iвс ≥ 1,2Iсв - для линии к сварочному трансформатору,

где Iвс  -ток плавкой вставки, А;

       Iн.п ≥ Iвс,

где Iн.п - номинальный ток предохранителя, А.

Тепловые реле выбираются согласно условию

 

                                              Iтр ≥ 1,25Iн.д,                                                  (21)

 

где Iтр - ток теплового реле, номинальный, А.

      Наиболее  современными являются автоматы  серии ВА и АЕ, предохранители  серии ПР и ПН, тепловые реле серии РТЛ.

Проводники для линий ЭСН выбираются с учётом соответствия аппарату защиты согласно условиям:

Iдоп ≥ КзщIу(п) - для линии, защищенной автоматом с комбинированным расцепителем;

Iдоп ≥ Кзщ Iвс - для линии, защищенной только КЗ предохранителем;

Iдоп ≥Кзщ Iтр - для линии с тепловым реле,

где Iдоп - допустимый ток проводника, А;

      Кзщ -  коэффициент защиты.

Принимают Кзщ=1,25 для взрывно- и пожароопасных помещений; Кзщ=1 - для нормальных (неопасных) помещений; Кзщ=0,33 для предохранителей без тепловых реле в линии.

По типу проводника, числу фаз и условию выбора формируется окончательно марка аппарата защиты.

По полученным расчетам в пункте 2.1 и итоговым расчетам по рабочему току каждого электроприемника по справочным данным выбираются автоматические выключатели.

Согласно току 40,1 по расчету РП1 выбирается автоматический выключатель марки ВА 88-33.

Согласно току 29,5 по расчету РП2 выбирается автоматический выключатель марки ВА 88-33.

Согласно току 269 по расчету ШМА1 выбирается автоматический выключатель марки ВА 88-37 на каждый электроприемник, вводной  выключатель выбирается согласно суммарной токовой нагрузки по ШМА1 ВА 88-37-250.

Согласно току 276,2 по расчету ШМА2 выбирается автоматический выключатель марки ВА 88-37 на каждый электроприемник, вводной  выключатель выбирается согласно суммарной токовой нагрузки по ШМА2 ВА 88-37-200.

Согласно току 19,4 по расчету ЩО выбирается автоматический выключатель марки ВА 88-33.

 

2.5 Выбор и проверка  силовых выключателей ВН

 

Выключатели ВН выбираются по напряжению, току, категории размещения, конструктивному выполнению и коммутационной способности. Должны быть выполнены условия: