Проектирование электроснабжения Инструментального цеха
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
В энергосистемы входят:
- электроэнергетическая система;
- система нефте- и газоснабжения;
- система угольной промышленности;
- ядерная энергетика;
- нетрадиционная энергетика.
Из всех вышеперечисленных в Республике Беларусь наиболее представлена электроэнергетическая система.
Электроэнергетическая система - объединение электростанций, связанных линиями электрической передачи (ЛЭП) и совместно питающих потребителей электроэнергией.
Энергетика - одна из форм природопользования. В перспективе, с точки зрения технологии, технически возможный объем получаемой энергии практически неограничен, однако энергетика имеет существенные ограничения по термодинамическим (тепловым) лимитам биосферы. Размеры этих ограничений видимо близки к количеству энергии, усваиваемой живыми организмами биосферы в совокупности с другими энергетическим процессами, идущими на поверхности Земли. Увеличение этих количеств энергии, вероятно, катастрофично или, во всяком случае, кризисно отразится на биосфере.
Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную и нетрадиционную энергетики.
Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.
Наиболее удобный вид энергии - электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.
Примерно 70 % электроэнергии вырабатывают на ТЭС. Они делятся на конденсационные тепловые электростанции (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электроэнергию и теплоту.
Теплота ядерной реакции используется для получения пара. Первичной энергией на АЭС является внутренняя ядерная энергия, которая при делении ядра выделяется в виде колоссальной кинетической энергии, которая, в свою очередь, превращается в тепловую. Установка, где идут эти превращения, называется реактором. Через активную зону реактора проходит вещество теплоноситель, которое служит для отвода тепла (вода, инертные газы и т.д.). Теплоноситель уносит тепло в парогенератор, отдавая его воде. Образующийся водяной пар поступает в турбину. Регулирование мощности реактора производится с помощью специальных стержней. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а значит, и интенсивность ядерной реакции. Природное ядерное горючее атомной электрической станции - уран. Для биологической защиты от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной. При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт-ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива вырабатывается 23 млн. кВтч электроэнергии. Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов:
-гидравлические электростанции (ГЭС);
-приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов;
-гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливающие и использующие энергию водоемов и озер.
Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую.
Разработка системы электроснабжения участка кузнечного-прессового цеха производится для снижение себестоимости продукции а также рациональное использование оборудование для снижение затрат электроэнергии.
.
1 Общая часть.
1.2 Краткая
техническая характеристика
1.2.1 Инструментальный цех (ИЦ) является вспомогательным це-хом завода по изготовлению механического оборудования и станков.
Цех предназначен для изготовления и сборки различного измери-тельного (скобы, пробки, штангенциркули, микрометры и т.п.), режуще-го (резцы, фрезы, сверла, шлифовальные круги, протяжки, зубила и т.п.), слесарно-сборочного (ключи, отвертки, молотки и т.п.) инструмента, а также штампов, пресс-форм и приспособлений для горячей и холодной штамповки (рис.1.1).
Структура инструментального цеха включает подразделения занятые приобретением, изготовлением, ремонтом и восстановлением инструмента и технологической оснастки, их учетом, хранением и
выдачей в другие цеха и на рабочие места и занимает ведущее место в системе технического обслуживания производства.
Рисунок 1.1 - Режущий инструмент, инструментальная оснастка, штампы, пресс-формы
Цех имеет производственные, вспомогательные, служебные, складские и бытовые помещения.
1.2.2 В станочном отделении инструментального цеха установлено оборудование: токарные и одношпиндельные токарные автоматы, поперечно – строгальные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, горизонтально – фрезерные, заточные станки.
1.2.2.1 Автоматом называется станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки заготовок, включая загрузку и выдачу обработанной детали. Токарные станки и автоматы (рис.1.2) применяют для обработки деталей сложной конфигурации.
Автоматическое управление циклом осуществляется с помощью распределительного (кулачкового) вала. Обычно за один оборот вала происходит полный цикл обработки детали.
Рисунок 1.2 - Токарный автомат C-1525A
1.2.2.2 Поперечно-строгальные станки 7305ТД (рис.1.3) используются для обработки строганием как плоских, так и фасонных горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей, а также для прорезания пазов и канавок.
Рисунок 1.3 - Поперечно – строгальный станок 7305ТД
1.2.2.3 Токарно-револьверный станок 1В340Ф30 (рис. 1.4) с вертикальной головкой на крестовом суппорте с ОСУ повышенной точности предназначен для выполнения разнообразных токарных работ в пределах установленной мощности, в основном, при обработке сложных деталей со ступенчатым и криволинейным профилем.
Рисунок 1.4 - Токарно-револьверный станок 1В340Ф30
1.2.2.4 Алмазно-расточный станок (рис.1.5) предназначен для отделочного (тонкого) растачивания отверстий алмазным или твердосплавным вращающимся инструментом. Основное преимущество алмазно-расточного станка - сочетание наивысшей (при обработке резцами) точности и чистоты обрабатываемых поверхностей с высокой производительностью. Алмазно-расточные станки предназначены для финишной обработки отверстий.
Рисунок 1.5 - Алмазно-расточный станок
1.2.2.5 Горизонтально-фрезерный станок 6Т83Г (рис.1.6) предназначен для выполнения разнообразных фрезерных работ. Применяется для обработки горизонтальных и вертикальных плоскостей, пазов, рамок, углов, зубчатых колес, спиралей, моделей штампов, пресс-форм и других деталей из стали, чугуна, цветных металлов, их сплавов и других материалов. Высокая жесткость станка позволяет применять фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали, а также инструмент, оснащенный пластинками из твердых и сверхтвердых синтетических материалов.
Рисунок 1.6 - Горизонтально - фрезерный станок 6Т83Г
1.2.2.6 Заточной станок ВЗ-304 (рис.1.7) предназначен для заточки и доводки основных видов режущих инструментов из инструментальной стали, твёрдого сплава и минералокерамики абразивными, алмазными и эльборовыми кругами.
Рисунок 1.7 - Заточной станок В3 – 304
1.2.3 Для выполнения технологических операций, для разгрузки и погрузки, при выполнении монтажных и ремонтных работ в инструментальном цехе используется кран-балка (рис.1.8) - легкий мостовой кран.
Управление двигателями кран-балки осуществляется с кнопочного поста. В схему управления включена защита от падения груза из-за падения напряжения. При отключении питания срабатывают механические тормоза двигателя главного движения, что приводит к заклиниванию вала.
Рисунок 1.8 - Кран - балка
1.2.4 Для перемещения воздуха по воздуховодам систем кондиционирования и вентиляции, а также для осуществления прямой подачи воздуха в помещение либо отсоса из него в цехе установлено два вентилятора.
1.2.5 Электроснабжение цеха осуществляется от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,2 км от главной понизительной подстанции (ГПП) завода. Подводимое напряжение ГПП – 1кВ.
Количество рабочих смен – 2. Потребители цеха имеют вторую категорию надежности ЭСН.
Все электроприемники ИЦ, участвующие в технологическом процессе – трехфазные, питающиеся от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 380 В.
Размеры цеха составляют А × В × Н = 48 × 30 × 8 м.
Размещение основного оборудования показано на плане расположения электрооборудования инструментального цеха (Приложение А).
Перечень и техническая
характеристика
1.3 Анализ помещений цеха на пожаро- и взрывоопасность
1.3.1 Наличие классификации взрыво- и пожароопасности помещений и зон устанавливает определенные требования к выполнению соответствующих инженерно-технических мероприятий по обеспечиванию взрыво- и пожаробезопасности помещений, относящихся к той или иной категории, на стадии строительного проектирования, проектирования вентиляционных и отопительных систем, электрических установок и т. д.
Нередко в одном помещении наибольшую опасность представляет лишь отдельный участок, где возможно выделение взрыво- и пожароопасных газов, паров и пыли или где находятся твердые и жидкие горючие материалы.
Строительные нормы и правила (СНиП) позволяют не учитывать пожарную опасность отдельных участков, если их площадь не превышает 10% полезной площади помещений с менее опасными производствами, но не более 200 м2. При этом более пожароопасное производство размещают в отдельных отделениях с обязательным устройством местной вытяжной вентиляции.
Согласно [11 табл В1] определяем классы по взрыво- и пожароопасности для помещений и заносим данные в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 - Классификация помещений цеха по взрыво- и пожаро-опасности
Наименование помещения |
Категории взрывоопасности |
Категории пожароопасности |
электробе- зопасности |
Станочное отделение |
B-ІIa |
П-IIa |
ПО |
Заточной участок |
B-ІIa |
П-IIa |
ПО |
РУ |
B-ІIa |
П-IIa |
ОО |
ТП |
B-ІIa |
П-IIa |
ОО |
Администрация |
B-ІIa |
П-IIа |
ОО |
Склад |
B-ІIa |
П-IIа |
ПО |
Комната отдыха |
B-ІIa |
П-II |
ПО |
Инструментальная |
B-ІIa |
П-IIа |
ПО |
1.4 Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории надежности электроснабжения инструментального цеха
1.4.1 Электроприемники инструментального цеха относятся ко второй категории надежности электроснабжения, перерыв в работе которых приводит к массовым простоям рабочих, механизмов и массовому недоотпуску продукции.
Электроприемники второй
категории в нормальных
1.4.2 Все электроприемники цеха питаются от трехфазной сети напряжением 380 В переменного тока частотой 50 Гц.
1.4.3 По мощности электроприемники инструментального цеха относятся к электроприемникам средней и малой мощности.
1.4.4 В повторно-кратковременном режиме в инструментальном цехе работает кран-балка, все остальные электроприемники работают либо в длительном, либо в кратковременном режимах.
1.5 Техническое
обоснование и выбор варианта
схемы электро-снабжения
1.5.1 Распределение электроэнергии на низшей ступени напряже-ния во многом зависит от схемы питания электроприемников.
Для электроснабжения оборудования инструментального цеха выбираем схему с двумя независимыми взаимно резервирующими источниками питания. Основным источником питания является цеховая однотрансформаторная подстанция. Резервным источником питания является ТП соседнего цеха. В качестве распределительных устройств применяем распределительные пункты.
1.5.2 Исходя из заданных мощностей, расположения электрообо-рудования, на территории инструментального цеха будет размещено 2 распределительных пункта (РП):
- РП1: поперечно–строгальные станки (поз.1, 2), токарно–револьверные станки (поз. 3, 11-13), заточные станки (поз. 5, 6, 9,10).токарные автоматы (поз. 15- 21); одношпиндельные автоматы токарные (поз. 4, 14).
- РП2: наждачные станки (поз. 7, 8), алмазно–расточные станки (поз. 22, 23), горизонтально – фрезерные станки (поз. 24); кран – балка (поз. 25);
Все распределительные пункты запитаны от РУШНН щитовой.
Питание РП осуществляется кабелем марки АВВГ. Питание оборудования - проводами марки ПВ, АПВ с прокладкой в штробе и трубах, кабелем КГН.
Однотипные электроприемники мощностью менее 12 кВт запи-таны через модульные колонки, электроприемники более 12 кВт запитаны непосредственно от РП.
Схема электроснабжения инструментального цеха представлена на рисунке 1.9.
SF1 SF2
РУШНН - 0,4кВ, 50Гц
SF3 SF4
РП1 РП2
1,2 4, 14
3,11-13
7,8
15-21 22-24
5-10 25
Рисунок 1.9 - Схема электроснабжения инструментального цеха
2 Расчетная часть.
2.1 Расчет электрических нагрузок
2.1.1 Электрические нагрузки ИЦ определяем с помощью коэффициента расчетной нагрузки, который сводится к определению максимальных расчетных нагрузок группы электроприемников (.
Исходной информацией для расчетов электрических нагрузок является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей в длительном режиме, наименований механизмов или технологических установок, их количество.
2.1.2 Для проведения расчетов мощность электроприемников работающих в повторно-кратковременном режиме (ПКР) должна быть приведена к длительному режиму по формуле:
где - приведенная мощность, кВт;
- паспортная мощность, кВт;
- продолжительность включения электроприемника.
В данном проекте в режиме ПКР работает кран – балка (поз.25 ) запитанная от РП3, по формуле 2.1 приводим ее мощность в длительный режим, данные заносим в таблицу 2.1.
2.1.3 Для каждого приемника электрической энергии по справочной литературе подбираем значения коэффициентов использования , активной и реактивной мощности [14, табл.П5].
2.1.4 Зная единичные мощности
электроприемников и их
где - номинальная активная мощность одного электроприемни-ка, кВт;
- число электроприемников в группе.
Данные заносим в таблицу 2.1.
2.1.5 Для каждой группы электроприемников определяем среднюю
активную и реактивную
нагрузки за наиболее
где - коэффициент использования, отн. ед;
- номинальная активная групповая мощность, кВт;
- средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;
- коэффициент реактивной мощности, отн. ед.
2.1.6 По узлу нагрузки находим суммарную номинальную мощность , суммарные среднесменную активную и реактивную мощнос-ти.
2.1.7 Определяем средневзвешенные значения и коэффициен-та использования в узле нагрузки по формулам:
где - номинальная мощность электроприемника, кВт;
- коэффициент использования, отн. ед.;
- коэффициент активной мощности, отн. ед.
2.1.8 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.
2.1.9 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 , [14, табл.П6].
2.1.10 Расчетную реактивную мощность нагрузки определяем
следующим способом:
где - значение коэффициента реактивной мощности.
2.1.11 Полную мощность расчетной нагрузки находим по формуле:
где - расчетная активная мощность группы, кВт;
- расчетная реактивная мощность, кВар.
2.1.12 Расчетный ток нагрузки группы равен:
где - полная мощность расчетной нагрузки, кВа;
- номинальное напряжение, кВ.
2.1.13 Проведем расчет электрических нагрузок на примере РП1.
Зная единичную мощность первой группы электроприемников (поперечно-строгальные станки) и их количество, определяем их номинальную групповую мощность по формуле 2.2:
По формулам 2.3 и 2.4 находим сменные нагрузки для этой группы электроприемников:
Аналогичным образом рассчитываем нагрузки остальных электроприемников РП1. Данные заносим в таблицу 2.1.
По формуле 2.7 определяем эффективное число ЭП для РП1:
Находим расчетные коэффициенты по формуле 2.5 и по формуле 2.6:
5647
При и расчетный коэффициент нагрузки [10, табл.П6].
Определяем расчетные нагрузки для РП1 по формулам (2.8 – 2.10):
Находим расчетный ток для РП1 по формуле 2.11:
Аналогично рассчитываем нагрузки для РП2, все расчеты заносим в таблицу 2.1.
2.1.14 Зная все расчетные
данные по РП1 - РП4 рассчитываем
общую расчетную активную
, (2.12)
Определяем средневзвешенное значение коэффициента активной мощности РУШНН без КУ:
Соответствующий значению
Определяем общую максимальную реактивную нагрузку РУШНН без КУ:
Находим полную расчетную мощность РУШНН без КУ:
Расчетный ток РУШНН без КУ равен:
Результаты заносим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
РП 1 | ||||||||
Поперечно- строгальные станки |
Токарно-револьверные станки |
Токарные автоматы |
Заточные станки |
Одношпиндельные автоматы токарные |
Сумма РП 1 | |||
Рн, кВт |
7,5 |
3,2 |
5,5 |
3 |
2,2 |
21,4 | ||
n |
2 |
4 |
7 |
4 |
2 |
19 | ||
РнΣ, кВт |
15 |
12,8 |
38,5 |
12 |
4,4 |
82,7 | ||
Ки |
0,17 |
0,17 |
0,17 |
0,14 |
0,17 |
0,165647 | ||
cosφ |
0,65 |
0,65 |
0,65 |
0,5 |
0,65 |
0,628235 | ||
tgφ |
1,17 |
1,17 |
1,17 |
1,73 |
1,17 |
1,251258 | ||
Рсм кВт |
2,55 |
2,176 |
6,545 |
1,68 |
0,748 |
13,699 | ||
Qсм кВАр |
2,9835 |
2,54592 |
7,65765 |
2,9064 |
0,87516 |
16,96863 | ||
nэ |
16,64506 | |||||||
Кр |
2,89 | |||||||
Рр, кВт |
39,59011 | |||||||
Qр, кВАр |
18,66549 | |||||||
Sр, кВА |
43,76959 | |||||||
Iр, А |
63,17597 | |||||||
Таблица 2.1 продолжение
РП 2 | |||||||||
Алмазно-расточные станки |
Кран балка |
Горизонтально-фрезерные станки |
Наждачные станки |
Сумма РП 2 |
Всего РУШНН, Сумма РП |
КУ |
Всего РУШНН с КУ | ||
Рн, кВт |
4,8 |
10 |
12,5 |
2,5 |
27,54597 |
48,94597 |
|||
n |
2 |
1 |
1 |
2 |
6 |
25 |
|||
РнΣ, кВт |
9,6 |
7,745967 |
12,5 |
5 |
34,84597 |
117,546 |
|||
Ки |
0,17 |
0,2 |
0,14 |
0,14 |
0,161602 |
||||
cosφ |
0,65 |
0,6 |
0,5 |
0,5 |
0,563554 |
0,60906 |
|||
tgφ |
1,17 |
1,33 |
1,73 |
1,73 |
1,486804 |
1,321084 |
|||
Рсм кВт |
1,632 |
1,549193 |
1,75 |
0,7 |
5,631193 |
||||
Qсм кВАр |
1,90944 |
2,060427 |
3,0275 |
1,211 |
8,208367 |
||||
nэ |
4,418154 |
||||||||
Кр |
2,35 |
||||||||
Рр, кВт |
13,2333 |
52,82341 |
52,82341 | ||||||
Qр, кВАр |
9,029204 |
59,78419 |
50 |
9,78419 | |||||
Sр, кВА |
16,0202 |
87,52226 |
378,3657 | ||||||
Iр, А |
23,12317 |
126,4773 |
546,7713 | ||||||
2.2 Расчет
и выбор компенсирующего
2.2.1 Передача значительного
количества реактивной
Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.
Для компенсации реактивной мощности применяют специальные компенсирующие устройства, источники реактивной мощности емкостного характера.
Компенсирующее устройство (КУ) реактивной мощности – это элемент электрической сети, предназначенный для компенсации реактивной мощности, потребляемой нагрузками и в элементах сети.
Поскольку рассчитанное среднее значение коэффициента мощности ( мало, для компенсации реактивной мощности подключаем компенсирующее устройство (КУ), выполненное на основе конденсаторной установки.
Для выбора компенсирующего устройства необходимо знать расчетную реактивную мощность КУ, тип КУ и напряжение.
2.2.2 Компенсирующее устройство реактивной мощности выбираем по условию:
Расчетная реактивная мощность компенсирующего устройства равна:
где - коэффициент учитывающий повышение естествен-ным путем ( в электроэнергетике принимается равным 0,9);
и - коэффициенты реактивной мощности до и после ком-пенсации определяется по на РУШНН,
определяется по и берется от 0,92 до 0,95.
Задаем значение коэффициента активной мощности из это-го промежутка равное 0,94, тогда:
(2.15)
Проверку правильности выбора КУ производим по формуле:
По формуле 2.14 определяем расчетную реактивную мощность компенсирующего устройства:
Предполагаем выбор автоматической установки компенсации реактивной мощности типа АУКРМ-0,4-50-10-УХЛ4 мощностью 50 кВар (каталог 4).
По формуле 2.16 проверяем правильность выбора КУ:
Определяем фактическое значение:
Из условия 2.13 следует, что компенсирующая установка АУКРМ-0,4-50-10-УХЛ4 выбрана верно. Полученные результаты заносим в таблицу 2.1.
2.3 Расчет и выбор линий ЭСН
