Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

ЭСН и ЭО участка токарного цеха. 2

Аннотация

В курсовом проекте рассмотрено электроснабжение участка токарного цеха.

Проект состоит из 3 частей: раздела исходных данных к проекту, расчетного раздела, графической части.

В разделе исходных данных к проекту представлена характеристика объекта с исходными данными на разработку проекта.

В расчетном разделе представлен расчет электрических нагрузок: силовой при U=380В, сети электроосвещения, суммарной; расчет силовой питающей и распределительной сети при U=380В с выбором сечения проводов, кабелей и аппаратов защиты; выбор средств компенсации реактивной мощности с определением их типа, места подключения к схеме и места установки; обоснование выбора схемы электроснабжения, при U = 6/10кВ и схема ТП; расчет нагрузки при U =6/10кВ и линий питающих цеховую ТП; расчет токов короткого замыкания; расчет наружного заземления и конструктивное исполнение сети заземления; выбор оборудования цеховой подстанции.

В графической части представлен план электрооборудования цеха с разводкой электропитания и схема электроснабжения оборудования цеха.

Содержание

Введение

К области электроснабжения относятся: производство, передача и распределение электроэнергии. Электроэнергию вырабатывают электростанции, которые подразделяются на гидравлические и тепловые. Последние в свою очередь делятся на конденсаторные, противодавленческие и смешанные.

Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия, которые обычно находятся либо в соответствующих сырьевых районах, либо в близи населённых пунктов промышленных районов.

Очевидно, что месторасположения заводов и фабрик не может совпадать с местом строительства гидростанций и крупных конденсационных станций.

Чем мощнее электростанция, тем больше фабрик, заводов или цехов она может снабжать электроэнергией и тем значительнее будет обслуживаемый ей район. Следовательно, при любых условиях возникает необходимость в передаче электроэнергии от электростанции к потребителям.

Передача электроэнергии осуществляется посредством линий электропередач и трансформаторов, устанавливаемых на повышающих и понижающих подстанциях.

Промышленными потребителями электроэнергии в большинстве случаев являются электродвигатели и светильники, количество которых весьма велико. Поэтому при передаче электроэнергии, одновременно должно происходить её постепенное распределение, сначала между крупными потребителями, а затем между всё более и более мелкими.

Распределение электроэнергии осуществляется в распределительных устройствах подстанций и в распределительных пунктах.

В электроснабжении предприятий все связанные с подстанциями вопросы имеют важное значение.

Внутрицеховые сети условно делят на питающие и распределительные. К первым относят провода и кабели, отходящие непосредственно от распределительных устройств трансформаторных подстанций к первичным силовым пунктам и щитам, ко вторым - отходящие от распределительных щитов, или шинопроводов к электроприемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам. Распределительные сети чаще всего бывают радиальными.

Для питания значительного числа электроприемников небольшой мощности, расположенных компактно по площади цеха, следует применять распределительные шинопроводы серии ШРА , присоединяемые к шинам до 1 кВ ТП с помощью аппаратов защиты и управления.

Радиальные схемы распределительных сетей с силовыми пунктами следует предусматривать в тех случаях, когда применению распределительных шинопроводов препятствуют условия среды, территориальное размещение электроприемников, наличие кранов и другие местные условия. При этом рекомендуется использовать силовые распределительные шкафы серии ШР, ШРС, СПУ, а также ШР с трехфазными группами плавких предохранителей ПН и НПН для защиты отходящих линий.

При построении схем необходимо стремиться к тому, чтобы длина линий была минимальной. Следует также исключать или сводить к минимуму случаи обратных перетоков мощности.

1. Раздел исходных данных к проекту

1.1 Характеристика объекта с исходными данными на разработку проекта

Участок токарного цеха относится к вспомогательным цехам завода. Он обслуживает все цеха основного и вспомогательного производства завода, производит текущий и капитальный ремонт и изготавливает запасные части к оборудованию.

Электроприёмники цеха не связаны между собой технологическим процессом, их работа происходит независимо друг от друга и остановка одного или нескольких из них не вызывает остановки других электроприёмников.

В основном производстве механизмы УТЦ служат для обработки металлов.

В большинстве случаев такие цеха разбиваются на отделения, например: механическое, сварочное, кузнечное, сборочное, и т.д. Которые выполняют те или иные заказы основных цехов в соответствии с их требованиями.

Среда в цехе – нормальная.

По степени надёжности электроснабжения – относится к второй категории.

Размеры цеха АхВхН=48х28х8 м.

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

Таблица 1.

1.2 Схема и конструктивное исполнение силовой сети 380В с выбором электрооборудования и комплектных устройств

Согласно заданию ЭСН обеспечивается по 2 категории, а это говорит о том что должно быть 2 трансформатора на ТП.

Между трансформаторами ТП должно быть выполнено устройство АВР. Для запитки потребителей электроэнергии участка токарного цеха считаю целесообразным использовать следующие электрооборудование. Шинопровод расприделительный алюминиевый (ШРА). Схема подключения потребителей к данным электрическим аппаратам согласно планорасположения электрооборудования участка токарного цеха. Шинопроводы по сравнению с кабельными линиями и открытыми магистралями имеют большие преимущества: высокую надежность, длительный срок службы, удобство монтажа и обслуживания. Наличие готовых комплектных секций позволяет создать универсальную сеть, подключать дополнительные электроприемники при изменении технологии производства.

Стандартные секции шинопроводов и большой ассортимент соединительных элементов (угольников, тройников, крестовин, штепсельных соединений, компенсаторов) позволяет конструировать и собирать из них разнообразные схемы распределения энергии.

Освещение участка токарного цеха выполняем используя щиты освещения и щиты аварийного освещения. Для освещения складов и вспомогательных помещений используем светильники с люминесцентных лампами мощностью 40-80 ВТ. Освещение станочного отделения производим лампами ДРЛ мощностью 1000Вт. Количество ламп и светильников определяется в процессе расчета. ТП

10кВ

ТРА1 ТРА2

0,4кВ Q3

Q4 Q5 Q6

ШРА1 ЩОп ШРА2

Рис. 1. Примерная схема электроснабжения

2. Расчетный раздел

2.1 Расчет электрических нагрузок: силовой при U=380В, сети электроосвещения, суммарной

Расчёт освещения методом коэффициента использования

Таблица 2

Для предприятий удельная мощность нагрузки освещения pУД принимается равной:

- станочное отделение, Руд= 22 кВт/ м2;

- служебно-бытовые помещения, Руд= 18-20 кВт/ м2.

Расчет освещения в цехе выполним методом удельной установленной мощности. Установленная мощность зависит от нормы освещенности, типа светильника, высоты подвеса светильника и площади помещения. В качестве источника света принимается лампа ДРЛ. По нормируемой общей освещенности для производственных цехов принимаем нормативную освещенность 100 лк [2]. Точность работ в цехах средняя, контраст средний, фон темный.

Определяем расчетную ориентировочную осветительную нагрузку(Рор):

Р(ор) = Р(уд) х S

Рор(раздевалка) = 18х24 = 432 Вт.

Остальные расчеты сведены в таблице 2.

Далее представим расчет реактивной нагрузки:

Qр.осв = Рросв. х tqϕ

где tqϕ – соответствует характерному для приемников данного цеха средневзвешенному значению коэффициента мощности. Для газоразрядных ламп tqϕ - равен 0,33.

Qр.осв(раздевалка) = 432х0,33 = 142 Вт.

Остальные расчеты сведены в таблицу 2.

Далее рассчитаем полную мощность, Sква

Sква (раздевалка) = .

Остальные расчеты сведены в таблицу 2.

Находи расчетный ток (Iр)

Iр = S / U

Iр (раздевалка) = 564 / 220 = 2,5 А

Остальные расчеты сведены в таблицу 2.

Расчет электрических нагрузок производим методом коэффициента максимума.

Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников.

Пример приведем для токарного станка с ЧПУ.

Рассчитываем установленную нагрузку Рн∑ для ШРА-1 и ШРА-2 по формуле:

Рн∑ = Рн × п,

Рн∑ = 8× 2=16кВт

Все значения Рн∑ для ШРА – 1и ШРА-2 считается аналогично. Результаты заносим в таблицы 3.

Расчёты производятся для ШРА – 1и определяется модуль сборки m, результат заносится в таблицу 3.

ШРА-2 рассчитывается аналогично.

Определяем среднюю активную мощность Рсм, среднюю реактивную мощность Qсм, среднюю нагрузку Sсм. Результат заносим в таблицу 3.

Ки, tg и по таблице 1.5.1.

Рсм=Ки×Рн∑

Рсм=0,14×16=2,24 кВт

Qсм=Рсм×tg

Qсм=2,24×1,73=3,87кВАР

Sсм.=

Для остальных Рсм, Qсм, Sсм электроприемников считается аналогично.

Результаты заносятся в таблицу 3 соответственно.

Определяем средний коэффициент использования для ШРА -1:

Результаты заносятся в таблицу 3 соответственно.

Определяем пэ для ШРА-1.

n =19, т=3 Ки.ср.=0,14

n Ки.ср. т

19 5 0,14≤0,2 3 3

п1=15*0,5=7,5

Приемников с единичной мощностью больше или равно 7,5 – тринадцать. Следовательно п1=13.

п*=13/19=0,7

Р*= 116/166=0,7

nэ = пэ*n;

пэ* по таблице 1.5.4

пэ*=0,95

nэ= 0,95*19=18

nэ=18

Определяется по таблице 1.5.3 коэффициент максимума:

Км = F (Ки.ср., пэ)

Км для ШРА-1 равен 1,7.

Км=1,7

Определяем максимальную активную нагрузку Рм, максимальную реактивную нагрузку Qм, максимальную полную нагрузку Sм результаты заносим в Таблицу 3.

Рм = Км×Рсм

Рм = 16,6×1,3=18,3 кВт

Qм = Км×Qсм

Qм = 26,32×1,3=31,7 КВАР

Sм =

Для остальных Рм, Qм, Sм электроприемников считается аналогично.

Результат заносится в таблицу 3 соответственно.

Определяется ток на РУ, результат заносится в таблицу 3

Определяется ток на ШРА – 1, результат заносится в таблицу 3

ШРА – 2 рассчитывается аналогично.

Найдём общую нагрузку Рм, Qм, Sм электроприемников по ШНН.

По империческим формулам определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в таблицу 3, но без компенсации реактивной мощности

Рт = 0,02Sм (н. н.),

Qт = 0,1Sм (н.н.),

Sт = .

Рт = 0,02

Qт = 0,1

Sт =

Определяем удельную нагрузку на единицу площади цеха:

,

где S в.н. – мощность, необходимая для питания всех источников цеха, кВ·А;

F ц– площадь цеха, м2.

Номинальная мощность трансформатора выбирается по формуле:

Выбираем трансформатор ближайший больший мощности – 63 КВА.

Двух трансформаторные подстанции проверяются на аварийный режим работы, когда где Sрå - полная расчётная мощность трансформатора в кВ·А.

один из трансформаторов выйдет из строя по формуле:

1,4Sн.т.≥ Sрå ,

88,2 КВА ≤ 161КВА

Условие не выполняется.

Выбираем следующий трансформатор 100 КВА. И проверяем на аварийный режим

1,4Sн.т.≥ Sрå ,

140 КВА ≤ 161КВА

Условие не выполняется.

Поэтому в случае аварии отключим потребители третей категории мощностью 21 кВт.

Выбираем трансформатор ТМ-100-10/0,4.

Наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ определяется по формуле

2.2. Расчет силовой питающей и распределительной сети при U=380V с выбором сечения проводов, кабелей и аппаратов защиты

10кВ

ТРА1 ТРА2

0,4кВ Q3

Q4 Q5 Q6

ШРА1 ЩО ШРА2

Рис. 2. Примерная схема электроснабжения

Аппараты и проводники первичных цепей должны удовлетворять следующим требованиям:

-соответствию окружающей среды и роду установки;

-необходимой прочности изоляции для надежной работы в длительном режиме и при кратковременных перенапряжениях;

-допустимому нагреву токами длительных режимов; стойкости в режиме короткого замыкания;

-технико-экономической целесообразности;

-достаточной механической прочности.

Марку и сечение провода выбирается из условия Iдл до Iр.

Из исходных данных известно мощность потребляемая шлифовальным станком Рн равна 6,4кВт.

Из расчетов известно Sм т.е. полная максимальная мощность равна 1,59 кВА.

Из сводной ведомости известен ток расчетный Iр равен 2,8 А.

Iдл 19 2,8 А

Определяем активное R и индуктивное X сопротивление по формуле.

R=R0*L

X=X0*L

Где X0 и R0 табличные данные Значение удельных сопротивлений кабелей, проводов.по таблице 1,9,5

Lпров это длина проводника которая рассчитывается по формуле:

Lпров = m*l(мм) +4м

Где m- масштаб l- расстояние в мм.

По справочнику выбираем марку провода: возьмем АВВГ-1*×2,5.

Прокладываем кабель в трубе.

Предохранители выбираются согласно условиям:

Iуст ≥ Iдл –для линии без ЭД;

Iуст ≥ Iп /1,6 – для линии с ЭД и тяжелым пуском;

Iуст≥ Iп /2,5 – для линии с ЭД и легким пуском:

Поперечно строгальный станок. Pн=6,4 кВт, Iр =2,8 А, н=7,5

Выбираем предохранитель марки ПР-2-15 где Iуст =10 А.

Автоматы выбираются согласно условиям:

Iн.а ≥ Iр ;

Uн.а ≥ Uc ;

Iр ≥ Iдл –для линии без ЭД;

Iр ≥ 1,25 Iдл - для линии с одним ЭД;

Определяем ток электоромагнитного расцепителя по формуле:

Iэл.дин ≥1,2 Iпус

Сверлильно-фрезерный станок. Pн=4,2 кВт, Iр =5,1 А, н=7,5

Iнр ≥ 1,25*5,1= 6,25 А

Iн.а ≥ Iнр

12,5 ≥ 6,25

Iэл.дин ≥ 1,2Iрн

Iэл.дин ≥ 1,25,17,5

Iэл.дин 125 ≥ 46,8 А

По условию выбираем автомат АЕ 2443. Все остальные выбираем аналогично. Все расчеты сводятся в таблицу 7

Определяем кабель на потерю напряжения. Берем наиболее мощные потребители или наиболее удаленные. Расчет проведем по токам участка.

Но для того, чтобы убедится в том, что данный провод нам подходит. Определяем, удовлетворяет ли данный провод следующим условиям:

Пример приводим для шлифовального а станка Iнр=2,8А

Iдл.доп. ≥ Iр , I`дл.доп≥ Iр, потери на напряжение ∆U не должно превышать 10%.

19 А ≥ 2,6 А

Находим I`дл.доп :

I`дл.доп = Iдл.доп ×Кт×Кп

где Кп - поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в требах и без труб).

Кт - поправочный коэффициенты тока для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха.

Их возьмем из таблиц учебника «Правила устройства электроустановок».

I`дл.доп = 19×0,8×1,15 = 17,48 А

17,48 А ≥ 2,8 А

Потери на напряжение находим следующим образом:

где - напряжение сети;

- номинальная мощность; Рм= 6,4кВт (по таблице 3)

- длина провода; L=20 м (измерения снятые со схемы расположения электроприемников)

- активное удельное сопротивление;

- реактивное удельных сопротивление;

RO, XO определяем по таблице » (1.5.9) «Значение удельных сопротивлений кабелей, проводов».

0,11% ≤10%

Данный провод удовлетворяет

2.3 Выбор средств компенсации реактивной мощности с определением их типа, места подключения к схеме и места установки

При нормальных рабочих условиях все потребители электрической энергии, чей режим сопровождается постоянным возникновением электромагнитных полей (электродвигатели, оборудование сварки, люминесцентные лампы и многое др.) нагружают сеть как активной, так и реактивной составляющими полной потребляемой мощности. Эта реактивная составляющая мощности (далее реактивная мощность) необходима для работы оборудования содержащего значительные индуктивности и в то же время может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка на сеть.

При значительном потреблении реактивной мощности напряжение в сети понижается. В дефицитных по активной мощности энергосистемах уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостаточная для выполнения баланса активная мощность передается в такие системы из соседних энергосистем, в которых имеется избыток генерируемой мощности. Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать из соседних энергосистем, а генерировать в компенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности, которые можно установить на подстанциях электрической сети.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть. По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает значительную величину в себестоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления предприятия, выработке методики и поиску средств для компенсации реактивной мощности.

Компенсирующее устройство (КУ) используется для компенсации емкостных токов в электрических сетях 6, 10 кВ трехфазного тока частотой 50 Гц. Применение КУ в электрических сетях промышленных предприятий, городов и районов позволяет существенно повысить надежность работы высоковольтного оборудования при возникновении однофазных замыканий на землю и, следовательно, улучшить качество электроснабжения потребителей.

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

-расчетную реактивную мощность КУ;

-тип компенсирующего устройства;

-напряжение КУ.

Расчетную реактивную мощность можно определить из отношения:

Qпот = Qр - Qмах =111341- 115200= -3859 ВАр

Qпот – реактивная мощность компенсирующего устройства;

Qр – расчетная реактивная мощность;

Qmax –реактивная мощность в режиме максимальных нагрузок.

Значение Qр и Qmax рассчитаны ранее и приведены в таблице 3.

Реактивная мощность получилась с минусом, следовательно установка компенсирующих устройств в цехе не производится.

2.4. Обоснование выбора схемы электроснабжения, при U=6/10кВ и схема ТП.

10кВ

ТРА1 ТРА2

0,4кВ Q3

Q4 Q5 Q6

ШРА1 ЩО2 ШРА2

Рис. 3. Примерная схема электроснабжения

На небольших и средних предприятиях, а также на второй и последующих ступенях электроснабжения крупных предприятий распределение электроэнергии осуществляется в основном по кабельным линиям 6-10 кВ. Воздушные линии сооружаются редко на малозагруженных участках территории, например на периферийных.

Имеются две основные схемы распределения энергии — радиальная и магистральная, но часто на разных ступенях электроснабжения применяются и смешанные схемы. Та или другая схема применяется в зависимости от числа и взаимного расположения цеховых подстанций или других электроприемников по отношению к питающему их пункту. При этом учитываются также стоимость разных вариантов, расход кабеля, способы выполнения сети и др. Обе эти схемы при надлежащем их выполнении можно применять для обеспечения надежного питания электроприемников любой категории.

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть двухступенчатыми или одноступенчатыми. Одноступенчатые схемы применяются главным образом на малых предприятиях, на которых распределяемая мощность и территория невелики. На больших и средних предприятиях применяются как одноступенчатые, так и двухступенчатые схемы. Одноступенчатые радиальные схемы на таких предприятиях применяются для питания крупных сосредоточенных нагрузок (насосные, компрессорные, преобразовательные агрегаты, электропечи и т. п.) непосредственно от центра питания (ГПП, ТЭЦ и т. п.), а для питания небольших цеховых подстанций и электроприемников высокого напряжения применяются двухступенчатые схемы, так как нецелесообразно загружать основные энергетические центры предприятия (ГПП, ТЭЦ) большим числом мелких отходящих линий.

При двухступенчатых радиальных схемах применяются промежуточные РП, от которых и питаются распределительные сети второй ступени. Вся коммутационная аппаратура устанавливается на РП, а на питаемых от них цеховых подстанциях предусматривается преимущественно глухое (без выключателей, разъединителей и других коммутационных аппаратов) присоединение трансформаторов. Иногда применяется выключатель нагрузки или разъединитель. От каждого РП питаются обычно четыре-пять цеховых подстанций. Для эффективного использования РП его мощность выбирается таким образом, чтобы питающие его линии, выбранные по току короткого замыкания, были полностью загружены (с учетом послеаварийного режима). Число отходящих линий от РП, как правило, должно быть не менее восьми—десяти.

Радиальные схемы с числом ступеней более двух громоздки и нецелесообразны, так как при этом усложняется коммутация и защита; иногда они применяются при развитии предприятия и при необходимости добавления новых подстанций или для питания отдельных периферийных подстанций.

При радиальных схемах широко применяется секционирование всех звеньев системы электроснабжения от ГПП и ТЭЦ до сборных шин низкого напряжения цеховых подстанций и цеховых силовых распределительных пунктов. На секционных аппаратах предусматриваются несложные схемы АВР. Это значительно повышает надежность питания. Крупные подстанции и РП питаются не менее чем двумя радиальными линиями, которые обычно работают раздельно, каждая на свою секцию; при выходе из работы одной из них другая автоматически берет на себя всю нагрузку электроприемников 2-й категорий. Если каждая линия не рассчитана на полную мощность всей подстанции, то применяются меры к разгрузке подстанции от неответственных потребителей на время послеаварийного режима.

2.5. Расчет нагрузки при U=6/10кВ и линий питающих цеховую ТП.

Для расчета электроснабжения по высокой стороне принимаемое 10кВт как наиболее экономичное то есть снижает потери в линии так как нагрузка 2 и 3 категории.

Согласно заданию УТЦ относится ко 2 категории электроснабжения.

В зависимости от потребляемой мощности и удаленности от источника питания различают следующие виды подстанций: узловая распределительная: главная понизительная; глубокого ввода; трансформаторный пункт.

Принимаем U- 10кВ выполненное с помощью кабеля так как подстанция двух трансформаторная питание каждого трансформатора ТП выполняем одним кабелем марку и сечение кабеля определим с помощью расчета. Схема остается также.

Iр=

Определяем сечение провода по экономичному сечению S эк.