ЭСН и СО Шлифовального цеха

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электроснабжение промышленных предприятий и установок играет важную роль в современном мире.

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электродуговой сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электрических станций.

Для обеспечения подачи электроэнергии от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие из сетей напряжением до 1 кВ и выше, и трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций.

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включается сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализаций и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии.

Главной проблемой в ближайшем будущем станет создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий. Созданию таких систем способствует следующее:

1. Выбор  и применение рационального числа  трансформации. В настоящее время  имеют место системы электроснабжения  с недопустимо большим количеством  трансформаций.

2. Выбор  и применение рациональных напряжений. Применение рациональных напряжений  в системах электроснабжения  промышленных предприятий дает  также значительную экономию  в потерях электрической энергии.

3. Правильный  выбор места размещения цеховых  и главных распределительных  и понизительных подстанций. Расположение  питающих подстанций в соответствующих  центрах электрических нагрузок  обеспечивает минимальные годовые  приведенные затраты. Всякое смещение  питающей подстанции из центра  электрических нагрузок ведет  к повышению этих затрат и  повышенному расходу электрической  энергии.

4. Дальнейшее  совершенствование методики определения  электрических нагрузок. Правильное  определение ожидаемых нагрузок  способствует решению общей задачи оптимизации построения систем внутризаводского электроснабжения.

5. Рациональный  выбор числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения  и их параметров ведет к  сокращению потерь электроэнергии, повышению надежности и способствует  осуществлению общей задачи оптимизации, построения систем электроснабжения.

6. Принципиально  новая постановка для решения  таких задач, как, например: симметрирование  электрических нагрузок. В настоящее  время этот вопрос решается  так: устанавливается трансформатор  для питания нагрузки, несимметричной  по фазам, а затем к нему (между  трансформатором и нагрузкой) устанавливается  симметрирующее устройство, что практически означает почти удвоение мощности питающих устройств и соответственно ведет к резкому увеличению непроизводительных потерь топлива и электроэнергии.

Решение задачи следует вести не по линии наращивания мощности питающих устройств. В таком случае выравнивание нагрузки по фазам можно сделать, например, при помощи изменения схемы соединения обмоток питающих трансформаторов - вместо «звезда – звезда» с нулем применяется схема «звезда-зигзаг» с нулем, что удорожает стоимость питающего трансформатора всего на 5%, а не на 80%, как в первом случае - трансформатор-симметрирующее устройство.

Следует иметь ввиду, что при обеспечении напряжения, близкого к номинальному, который обычно производится за счет регулирования напряжения различными дополнительными устройствами, в том числе и РПН, особенно в условиях глубокого регулирования, появляются дополнительные потери электроэнергии и топлива. Вместо этого следует применять повышения напряжения, что технически гораздо эффективнее и экономически выгоднее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика шлифовального цеха

Шлифовальный цех (ШЦ) предназначен для высококачественной обработки поверхностей изделий механическим и химическим способом. Он является составной частью крупного химического комбината.

В шлифовальном цехе размещены: станочное отделение, вспомогательные и бытовые помещения. Станочное отделение относится к пыльному помещению, так как при механической шлифовке постоянно и в больших количествах выделяется пыль, которая удаляется системой вентиляции.

Склад химикатов относится к взрывоопасным помещениям, так как там хранятся кислоты и щелочи.

Транспортные операции осуществляются с помощью мостовых кранов, грузовых лифтов и наземных электротележек.

Электроснабжение (ЭСН) цех получает от собственной комплектной трансформаторной подстанции (КТП), подключенной к подстанции глубокого ввода (ПГВ) комбината и расположенной за пределами здания на расстоянии 10м.

По категории надежности ЭСН – это потребитель 3 категории, а вентиляция и ОУ – 2 категории.

Прокладка линий ЭСН должна быть защищена от агрессивной среды и механических повреждений.

Количество рабочих смен-1.

Грунт в районе здания – песок с температурой +5 0С. Каркас здания сооружён из блоков-секций длиной 8м каждый.

Размеры цеха АхВхН=96х56х10м.

Помещения малого размера имеют высоту 3,6 м.

Перечень ЭО шлифовального цеха дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприёмника.

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

 

№ на плане

Кол-во

Наименование ЭО

Рэп, кВт

Примечание

1,4,12,26,30

5

Электроприводы ворот подъемных

4

ПВ=25%

2,3,5,6

4

Вентиляторы

10

  

7,8,17

3

Краны мостовые

72

ПВ=60%

9…11,16,21,25

6

Лифты грузовые

7,5

ПВ=40%

13…15,18…20,

22…24,27…29

12

Шлифовальные станки

15

  




Таблица 1. Перечень ЭО шлифовального цеха.

В отношении обеспечения надежности и бесперебойности питания приемники электрической энергии в соответствии с ПУЭ делят на 3 категории.

Цех содержит 30 единиц основного и вспомогательного электрооборудования. В случае аварийного перерыва в электроснабжении цеха возможны простои большого числа электрооборудования, недоотпуск отшлифованных изделий и соответственно снижение экономических и финансовых показателей деятельности цеха.

Такие объекты должны иметь вторую категорию по надежности электроснабжения. Для  бесперебойности электроснабжения желательно иметь двухтрансформаторную понизительную подстанцию или резервную линию электропередачи от независимого источника электроснабжения (ЭСН), так как  перерыв ЭСН допустим только на время ручного переключения оперативным персоналом системы ЭСН на резервные элементы системы и перерыв допустим не более чем на 24 часа.

Допускается питание от одного трансформатора, но с перерывом в электроснабжении не более 24 ч.

Большинство приемников электроэнергии - это металлообрабатывающие станки,  рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380 В промышленной частоты, устанавливаются стационарно и по площади распределены равномерно.

Работают они в продолжительном режиме, длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отключениями, за время которых электродвигатели не успевают охладиться до температуры окружающей среды, а длительность циклов превышает 10 мин.

Электродвигатели, работающие в повторно-кратковременном режиме: электродвигатели мостового крана, кран-балок, электроприводы прокатных станов, а также сварочные машины и т. п., для которых характерны постоянные броски мощности (частые включения-выключения).

Для электроустановок повторно - кратковременного режима указанная в паспорте мощность повторно - кратковременного режима должна быть приведена к номинальной мощности продолжительного режима Рном, кВт, при ПВ = 100%.

Согласно ПУЭ, производственные помещения различаются по условиям окружающей среды. В данном шлифовальном цехе характер окружающей среды помещений различается в зависимости от вида установленного оборудования. Станочное отделение относится к пыльному помещению (большое выделение пыли), склад химикатов - к взрывоопасному помещению. В складе химикатов присутствуют агрессивные химически активные вещества.

Характер среды определяет степень защиты выбираемого оборудования.

По электробезопасности помещения относятся к зонам с повышенной опасностью, т.к. имеют бетонные полы, которые в свою очередь являются токопроводящими, и имеется химически агрессивная среда. По пожароопасности помещения относятся к классу П-I (так как склад химикатов относится к взрывоопасным помещениям таблица 2).

В шлифовальном цехе размещены: станочное отделение, вспомогательные и бытовые помещения. Станочное отделение относится к пыльному помещению, склад химикатов – к взрывоопасному помещению, вспомогательные и бытовые помещения – к нормальным помещениям. Площадь шлифовального цеха 5376 м2

Размеры цеха (длина*ширина) равны 96х56м.

В отношении обеспечения надежности и бесперебойности питания приемники электрической энергии в соответствии с ПУЭ делят на 3 категории. В данном случае электроприемники относятся к I и II категориям. Основная часть электроприемников относится к II категории, перерыв в электроснабжении которых приведет к массовому недоотпуску продукции, простоям механизмов и промышленного транспорта. Рекомендуется обеспечивать электроснабжение от двух независимых источников. Допускается питание от одного трансформатора, но с перерывом в электроснабжении не более 24 ч.

Большинство потребителей электроэнергии – это металлообрабатывающие станки. Работают они в продолжительном режиме, длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отключениями, за время которых электродвигатели не успевают охладиться до температуры окружающей среды, а длительность циклов превышает 10 мин.

Электродвигатели, работающие в повторно-кратковременном режиме: электродвигатели мостового крана, кран-балок, электроприводы прокатных станов, а также сварочные машины и т. п., для которых характерны постоянные броски мощности (частые включения-выключения).

Для электроустановок повторно - кратковременного режима указанная в паспорте мощность повторно - кратковременного режима должна быть приведена к номинальной мощности продолжительного режима Рном , кВт, при ПВ = 100%.

Согласно ПУЭ, производственные помещения различаются по условиям окружающей среды. В данном шлифовальном цехе характер окружающей среды помещений различается в зависимости от вида установленного оборудования. Станочное отделение относится к пыльному помещению (большое выделение пыли), склад химикатов – к взрывоопасному помещению. В складе химикатов присутствуют агрессивные химически активные вещества.

Характер среды определяет степень защиты выбираемого оборудования.

 

Характеристика помещений по взрыво-, пожаро- и электробезопасности

Таблица 2. Классификация  помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности

Наименование помещений

Категории

Примечания

Взрывоопасность

Пожаро- опасность

Электро- безопасность

Станочное отделение

В – II

П – II

ПО

  

Склад готовой продукции

-

-

БПО

  

Склад тарных химикатов

В – I

П – III

ОО

  

Вентиляционный 1,2

В – IIА

П – IIА

ПО

  

Архив

-

-

БПО

  

Нач. цеха

-

-

БПО

  

Бытовка

-

-

БПО

  

Душевая

-

-

БПО

  

 

В-I - Выделяются горючие газы или пары ЛВЖ, способные образовать с воздухом в помещении взрывоопасную смесь при нормальном режиме работы

В-IА - Выделяются горючие газы или пары ЛВЖ, способные образовать с воздухом в помещении взрывоопасную смесь при авариях и неисправностях.

В-IБ - Возможно образование смеси с большой взрывной концентрацией (15 % и более) или водорода при аварии или неисправности в помещении (например, аммиачные КУ, электролизные, зарядные и т. п.)

В-Iг - Возможно образование взрывоопасной смеси на открытом воздухе (например, выбросы технологических установок, резервуары и открытые пространства с горючими жидкостями).

В-II - Возможно образование взрывоопасной смеси в помещении из взвешенных частиц (пыль, волокна) и воздуха в нормальных условиях

В-IIА - Возможно образование взрывоопасной смеси в помещении из взвешенных частиц (пыль, волокна) и воздуха при авариях и неисправностях.

Классификация пожароопасных помещений

П-I - Обращаются горючие жидкости с температурой вспышки более 61 °С (например, склады минеральных масел и установки регенерации) внутри помещений

П-II - Выделяются горючие пыль или волокна с концентрацией воспламенения к объему воздуха более 65 г/м3

П-IIА - Обращаются твердые горючие вещества (склады).

П-III - Обращаются горючие жидкости с температурой вспышки более 61°С или твердые горючие вещества вне помещений (например, склады минеральных масел, угля, торфа, дерева и т. п.).

Классификация помещений по Электробезопасности.

БПО - без повышенной опасности;

ПО - повышенная опасность.

 

Категория надежности электроснабжения и выбор схемы электроснабжения

 

Внутрицеховые сети делятся на питающие и распределительные. К питающим относятся провода, кабели, отходящие от распределительных устройств трансформаторных подстанций к силовым пунктам и щитам. К распределительным – отходящие от пунктов, щитов или шинопроводов к приемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам, но чаще всего бывают радиальными. для электроснабжения силовых электроприемников следует выбирать наиболее экономичные системы, обеспечивающие необходимую надежность. Радиальные схемы питающих сетей с распределительными щитами на подстанциях целесообразно использовать для подключения мощных электроприемников, силовых пунктов и щитов, если магистральные схемы не могут быть приняты из-за территориального расположения потребителей.

Радиальные схемы следует предусматривать в тех случаях, когда применению магистральных шинопроводов препятствуют условия среды либо территориальное размещение электроприемников.

При радиальной схеме питания сеть выполняется изолированными проводами в стальных трубах.

При построении схем нужно стремиться к тому, чтобы длина линий была минимальной.

 

2. Расчетно-конструкторская часть

Расчет электрических нагрузок и компенсирующих устройств

Для рационального построения схемы электроснабжения предприятия существенное значение имеет правильный, технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов как для главных понизительных, так и для цеховых подстанций.

Понизительные подстанции промышленных предприятий (главные и цеховые), как правило, должны выполняться с числом не более двух.

Для питания электрических нагрузок II категории следует в основном применять двухтрансформаторные цеховые подстанции 10-6/0,4 кВ.

Кроме того, в практике проектирования при выборе трансформаторов необходимо: а) стремиться к возможно большей однотипности трансформаторов и оборудования подстанций на всем предприятии в целом; б) производить выбор фундамента или камеры с учетом возможности установки в будущем более мощного трансформатора; в) предусматривать работу трансформаторов на цеховых и главных подстанциях, как правило, раздельной, так как это ведет к упрощению релейной защиты и уменьшению тока короткого замыкания в сети вторичного напряжения, что очень важно для выбора коммутационных аппаратов низкого напряжения.

Определение электрических нагрузок производим методом коэффициента расчетной мощности. Применение его возможно, если известны единичные мощности электроприемников, их количество и технологическое назначение.

Метод коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм)

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

 

 

 

 

 

 

где  Рм — максимальная активная нагрузка, кВт;

Qм — максимальная реактивная нагрузка, квар;

Sм — максимальная полная нагрузка, кВ.А;

Км — коэффициент максимума активной нагрузки;

К'м — коэффициент максимума реактивной нагрузки;

Pсм — средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

Qсм — средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, квар.

 

 

где  Ки — коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации по таблице 1.5.1;

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

tanφ — коэффициент реактивной мощности;

  определяется по таблицам (графикам) (см. табл. 1.5.3), а при отсутствии их может быть вычислен по формуле:

 

.

где — эффективное число электроприемников;

 — средний коэффициент  использования группы электроприемников,

 

где , — суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт;

 может быть  определено по упрощенным вариантам (таблица 1.5.2),

где — фактическое число электроприемников в группе;

 — показатель силовой сборки в группе,

 

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

В соответствии с практикой проектирования принимается К'м =1,1 при . К'м=1 при

Приведение мощностей 3-фазных электроприемников к длительному режиму

 — для электроприемников ДР;

 —для электроприемников ПКР;

 — для сварочных трансформаторов ПКР;

— для трансформаторов ДР,

где , — приведенная и паспортная активная мощность, кВт;

 — полная паспортная  мощность, кВ.А;

ПВ — продолжительность включения, отн. ед.

 

 

Определение потерь мощности в трансформаторе

Приближенно потери мощности в трансформаторе учитываются в соответствии с соотношениями

 

 

 

 

 

Исходя из понятия второй категории электроснабжения, составляем схему электроснабжения Приложение 2.

 Так  как потребитель второй категории  электроснабжения, то трансформаторная  подстанция, в нашем случае, будет  двухтрансформаторной (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема электроснабжения шлифовального цеха

Зная единичные мощности и режимы работы электроприемников, можно определить нагрузки на распределительные устройства.

Согласно распределению нагрузок по распределительным устройствам заполняется «Сводная ведомость нагрузок по шлифовальному цеху» (таблица 5):

На основании исходных данных заполняются колонки 1,2,3,4,5,6,7.

Зная единичные мощности электроприемников и их количество, определяем номинальные активные групповые мощности и сумму номинальных активных групповых мощностей в группе электроприемников.

Приводим мощность электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы к мощности длительного режима.

- Электроприводы  ворот подьемных:

  кВт

 

- Кран мостовой:

 кВт

- Лифт грузовой:

 кВт

 

 Определяем  сменные нагрузки.

- расчет  для РП 1:

 

 

 кВт

 квар

 кВА

- расчет  для всех остальных РП и  СШ проводим аналогичным образом.

Определяем средний коэффициент использования группы электроприемников, средние коэффициенты активной и реактивной мощностей группы электроприемников для РП1, РП2, РП3, РП4, РП5, РП6, без присоединения КУ.

- расчет  для СШ 1

 

 

 

 

- расчет  для всех остальных пунктов  распределения и шин низкого  напряжения аналогичны.

7. Определяем  эффективное число электроприемников по упрощенному варианту

.

Таблица 3. Упрощенные варианты определения

n

      

Формула для

<5

    

Переменная

  
     

Постоянная

  
         
     

Переменная

, не определяется, а, где -коэффииент загрузки,

(ПКР),

(ДР),

(автомат. режим)

       
     

Применяются относительные единицы

 

 

       

>300

      

 

Расчет производим для РП1,РП 2,РП 3,РП4, РП5, РП6.

- расчет  для РП 1:

, , тогда по таблице выбираем формулу для определения ,   

Расчет для всех остальных РП аналогичен: выбираем формулы для расчета исходя из данных . Результаты расчета заносим в таблицу 5.

Определяем активную, реактивную и полную расчетные мощности.

- расчет  для РП1:

,    ,  

К'м =1,1 при . К'м=1 при

  определяется по таблице 4

 

Таблица 4. Зависимость Км=F(nэ, Ки,)

nэ

Коэффициент использования Ки

0,1

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7 и более

4

3,43

3,22

2,64

2,14

1,87

1,65

1,46

1,29

5

3,23

2,87

2,42

2

1,76

1,57

1,41

1,26

6

3,04

2,64

2,24

1,88

1,66

1,51

1,37

1,23

7

2,88

2,48

2,1

1,8

1,58

1,45

1,33

1,21

8

2,72

2,31

1,99

1,72

1,52

1,4

1,3

1,2

9

2,56

2,2

1,9

1,65

1,47

1,37

1,28

1,18

10

2,42

2,1

1,84

1,6

1,43

1,34

1,26

1,16

12

2,24

1,96

1,75

1,52

1,36

1,28

1,23

1,15

14

2,1

1,85

1,67

1,45

1,32

1,25

1,2

1,13