Расход электроэнергии

Содержание

Введение

1.Характеристика цеха

2.Выбор схемы электроснабжения

3.Расчёт электрических нагрузок

4.Выбор числа и мощности трансформаторов КТП, компенсирующего устройства

5.Расчёт сети 0,4 кВ

6.Компановка КТП

7.Расчёт токов короткого замыкания

8.Выбор электрооборудования КРУ 10 кВ

9.Расчёт заземления

 Перечень  ТКП

Введение

Расход электроэнергии в производственных процессах является функцией многих переменных. Наибольшую эффективность в энергосбережении на промышленных предприятиях имеют следующие основные направления

1. применение для производственных процессов рациональных видов и параметров энергоносителей (электроэнергии, горячей воды, пара, сжатого воздуха и т.п.);
2. применение энергоэффективных технологий и оборудования;
3. интенсификация производственных процессов;
4. сокращение потерь электроэнергии в электрооборудовании и электрических сетях;

5)улучшение   энергетических   режимов   производственного   и электрического оборудования.

Улучшение энергетических режимов оборудования достигается  рациональной загрузкой технологических агрегатов, выбором энергетически целесообразных режимов работы и графиков нагрузки электрооборудования, линий электропередачи и производственных установок и т.п. Особенно важно поддерживать оптимальные режимы работы для электрических печей и других электроемких электроприемников. Существенное влияние на эффективность использования электроэнергии на промышленных предприятиях имеют рациональное построение СЭС, правильный выбор электрооборудования, а также применение автоматизации учета и контроля электропотребления.

Для планирования мероприятий  по экономии электроэнергии целесообразно составить электрический баланс, являющийся основой для анализа состояния электрического хозяйства, выявления резервов экономии энергоресурсов и установления норм расхода электроэнергии на единицу продукции.

Эффективность применения оптимальных  энергоносителей и их параметров обусловливается тем, что для осуществления технологических процессов могут использоваться разные виды энергоносителей. Например, нагрев обрабатываемых изделий в промышленных печах может осуществляться как с использованием электроэнергии, так и непосредственным сжиганием топлива. Силовые процессы (ковка, штамповка, прессование) могут обеспечиваться не только электрическим, но и пневматическим приводом (сжатым воздухом). Оптимизация видов и параметров энергоносителей на основе технико-экономических расчетов является важным элементом энергосбережения.

Вторичные энергоресурсы (тепло отходящих газов промышленных печей, отработанного пара и конденсата, горячих продуктов и отходов производства и т.п.) во многих случаях целесообразно использовать на нагрев изделий, силовые нужды, а также на выработку электрической энергии.

1. Характеристика цеха

В механическом цехе производится обработка деталей, узлов и корпусов двигателей, изготавливаемых на проектируемом предприятии. Необходимые для этого заготовки, металл и отливки поступают со склада металла, заготовок и прочих материалов в отделение металлообрабатывающих станков.

В цеху находится несколько видов станков для металлообработки:

1.Продольно-строгальный станок - предназначен для обработки методом строгания различных поверхностей с прямолинейными образующими на деталях из черных и цветных металлов, а также некоторых видов пластмасс. 

2.Плоскошлифовальный станок - металлорежущий станок для обработки заготовок абразивным инструментом. Обработка плоских поверхностей с высокой точностью, а также фасонных поверхностей при дополнительном оснащении станка. Шпиндель на высокоточных подшипниках качения. Передачи винт-гайка качения на вертикальном и поперечном перемещениях

3.Зубофрезерный станок - предназначен для выполнения разнообразных фрезерных работ цилиндрическими, торцевыми, концевыми, фасонными и другими фрезами.

4.Расточной станок - предназначен для сверления, растачивания, зенкерования отверстий, обтачивания торцов цилиндрических поверхностей радиальным суппортом планшайбы, фрезерования плоскостей, пазов, уступов и т.д.

5.Токарно-револьверный станок - станок для обработки преимущественно тел вращения путём снятия с них стружки при точении.

6.Вертикально-сверлильный станок - применяется для сверления, рассверливания, зенкерования и нарезки резьб. 

7.Фрезерный станок - станок для обработки резанием при помощи фрезы, наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей, пазов, уступов, поверхностей тел вращения, резьб, зубьев зубчатых колёс и т.п.

8.Универсальный полуавтомат - предназначен для дуговой сварки стальных конструкций толщиной от 0,5 до 7 мм плавящимся электродом.

9.Пресс - предназначены для изготовления из листового материала средних и крупных деталей, требующих вырубки, гибки, формовки, неглубокой вытяжки и других операций холодной штамповки.

Высота помещения  составляет 12 метров, ширина пролётов 12 метров, расстояние между колонами 6 метров. Среднегодовая температура воздуха 14 градусов, уровень шума не более 85 дБ, полы - наливные полимерные, обладают высокими эскплуатационными качествами. По степени пожаро- или взрывоопасности цех относится к категории А-.

Электропроводка проложена по поверхности стен, потолков, ферм и другим строительным элементам здания – открытая, в коробах. Работа ведется в две смены: 6.30 – 15.00 первая смена, 15.00 – 23.30 вторая смена, с перерывом на обед, продолжительностью 30 минут.

2.Выбор схемы электроснабжения

Схемы распределения  электроэнергии могут быть радиальными, магистральными, а также смешанными, сочетающими в себе элементы радиальных и магистральных схем. Смешанные схемы как более экономичные и надёжные, являются наиболее прогрессивным способом цехового распределения электроэнергии. В своём курсовом проекте я выбрал смешанную схему электроснабжения.

При магистральной схеме электроснабжения одна линия — магистраль обслуживает несколько распределительных пунктов или приемников, присоединенных к ней в различных ее точках, при радиальной схеме электроснабжения каждая линия является как бы лучом, соединяющим узел сети (подстанцию, распределительный пункт) с единственным потребителем. В общем комплексе сети эти схемы могут сочетаться.

Так, цеховое распределение может  осуществляться магистралями, каждая из которых питает ряд пунктов, от последних же к приемникам могут отходить радиальные линии.

Радиальная схема, изображенная на рис. 1, а, применяется в тех случаях, когда имеются отдельные узлы достаточно больших по величине сосредоточенных нагрузок, по отношению к которым подстанция занимает более или менее центральное местоположение.

Рис. 1. Схемы распределения электрической  энергии от подстанций к электроприемникам: а — радиальная; б — магистральная с сосредоточенными нагрузками; в — магистральная с распределенной нагрузкой.

При радиальной схеме отдельные  достаточно мощные электроприемники могут получать питания непосредственно от подстанции, а группы менее мощных и близко расположенных друг к другу электроприемников — через посредство распределительных пунктов, устанавливаемых возможно ближе к геометрическому центру нагрузки. Фидеры низкого напряжения присоединяются на подстанциях к главным распределительным щитам через рубильники и предохранители или через максимальные автоматы.

К числу радиальных схем с непосредственным питанием от подстанций относятся все  схемы питания электроприемников высокого напряжения, либо от распределительного устройства высшего напряжения на подстанции, либо непосредственно от понизительного трансформатора, если принята схема «блок трансформатор — электроприемник».

Магистральные схемы электроснабжения применяются в следующих случаях:

а) когда нагрузка имеет сосредоточенный  характер, но отдельные узлы ее оказываются  расположенными в одном и том же направлении по отношению к подстанции и на сравнительно незначительных расстояниях друг от друга, причем абсолютные величины нагрузок отдельных узлов недостаточны для рационального применения радиальной схемы (рис. 1,6);

б) когда нагрузка имеет распределенный характер с той или иной степенью равномерности (рис. 1, в).

При магистральных схемах с сосредоточенными нагрузками присоединение отдельных групп электроприемников, так же как и при радиальных схемах, производится обычно через посредство распределительных пунктов.

Задача правильного размещения распределительных пунктов имеет  особо важное значение. Основные положения, которыми необходимо руководствоваться при этом, сводятся к следующему:

а) протяженность фидеров и магистралей  должна быть минимальной и трасса их должна быть удобной и доступной;

б) должны быть сведены к минимуму и, если возможно, вообще исключены случаи обратного (по отношению к направлению потока электроэнергии) питания электроприемников;

в) распределительные пункты должны размещаться в местах, удобных  для обслуживания, и в то же время  не мешать производственной работе и  не загромождать проходов.

Электроприемники могут присоединяться к распределительным пунктам либо независимо один от другого, либо объединяться в группы — «цепочки» (рис. 2-б). 

Рис. 2 Схемы присоединения электроприемников к распределительным пунктам: а — независимое присоединение; б — присоединение цепочкой.

Соединение в цепочку рекомендуется  для электроприемников небольшой мощности, близко расположенных друг к другу, но значительно удаленных при этом от распределительного пункта, вследствие чего может быть получена значительная экономия в расходе проводов. При этом, однако, не следует допускать соединения в одну цепочку однофазных и трехфазных электроприемников.

Кроме того, по соображениям эксплуатационного  характера не рекомендуется объединять в одну цепочку:

а) более трех электроприемников вообще;

б) электроприемники механизмов различного технологического назначения (например электродвигатели станков с электродвигателями сантехнических агрегатов).

При нагрузках, распределенных вдоль  магистрали, подключение электроприемников к магистралям целесообразно осуществлять непосредственно, а не через распределительные пункты, как это принято в рассмотренных выше схемах.

В соответствии с этим к магистралям  с распределенной нагрузкой предъявляются  следующие два основных требования:

а) прокладка магистралей должна выполняться на возможно меньшей  высоте, но не ниже 2,2 м от пола;

б) конструкция магистралей должна допускать частые ответвления к  электроприемникам, а при прокладке в доступных местах исключать возможность прикосновения к токоведущим частям.

Этим требованиям удовлетворяют  магистрали, выполненные в виде шинопроводов в закрытых металлических коробах.

Магистрали - шинопроводы применяются, как правило, в цехах, где электроприемники располагаются более или менее правильными рядами и где к тому же возможны частые перемещения оборудования. К таким цехам относятся механические, ремонтно-механические, инструментальные и другие цехи, подобные им по характеру размещения оборудования и условиям окружающей среды.

Таблица 1 – области применения схем цехового распределения электроэнергии

3.Расчёт электрических нагрузок

Расчёт производим методом коэффициента использования. При расчёте этим методом нам необходимо найти  основные величины:

Расчётную активную нагрузку группы электроприёмников ;

Расчётную реактивную мощность нагрузки ;

Полную мощность расчётной нагрузки .

Исходной  информацией для выполнения расчетов является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей, наименований механизмов или технологических установок. Мощность электроприемников, работающих в ПКР, должна быть приведена к ПВ = 100 %. Для каждого приемника электроэнергии по справочной литературе подбираются средние значения коэффициентов использования и активной мощности. При наличии в справочных таблицах интервальных значений к_и рекомендуется брать большее.

По данному  методу расчетная активная нагрузка группы электроприемников (п > 1) определяется по выражению

                                      (3.1)

Где - коэффициент расчётной нагрузки.

Если величина Р окажется меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы р_{а мах}, следует принимать Р =р_{п мах}.

Величина К принимается в зависимости от эффективного числа электроприемников группы п_э и группового коэффициента использования К. При расчете нагрузок распределительных шкафов, пунктов, шинопроводов, троллеев, и других устройств, питающихся с помощью проводов или кабелей, значения К берутся из табл. П6, а магистральных шинопроводов, цеховых трансформаторов, цеха или корпуса в целом — из табл. П7.

Под эффективным (приведенным) числом электроприемников понимается такое число однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обусловливает  ту же величину расчётной нагрузки, что и группа различных по номинальной мощности и режиму работы электроприёмников. Его вычисляют по формуле

                                                 (3.2)

Найденное значение округляется до ближайшего меньшего целого числа.

Если значение не более чем в три раза превышает номинальную мощность наименее мощного приемника группы, то можно принять = n.

Расчётная реактивная мощность нагрузки для питающих сетей  до 1 кВ, выполненных проводами и  кабелями, определяется по выражению

                                  (3.3)

где - среднее значение реактивной мощности  i-го электроприёмника.

Расчётная активная нагрузка предприятия в целом определяется по формуле

                                            (3.4)

Полная мощность расчётной нагрузки на всех уровнях  вычисляется по формуле

                                            (3.5)

Расчётный ток  нагрузки группы электропритёмников

                                              (3.6)

Пример расчёта  шинной сборки №1 (ШС 1)

В графу №1 записываем все электроприёмники, которые питаются из ШС 1:

5-8  плоскошлифовальные станки;

11-12 расточные  станки;

В графу №2записываем количество электроприёмников, шт.;

Соответственно, 4 плоскошлифовальных станка, и 2 расточных станка.

В графу №3 запишем номинальную( установленную) мощность одного электроприёмника. Данные берём из задания.

В графе №4 находим общую мощность групп электроприёмников по формуле

                                               (3.7)

_5-8

_11-12

В графу №5 запишем из справочной литературы коэффициент  использования. Для плоскошлифовальных станков = 0,35; для расточных станков = 0,17.

Также из справочной литературы находим cos, для плоскошлифовальных станков cos = 0,65; для расточных станков cos = 0,65. По таблице значений тригонометрических функций находим tg = 1,169. Запишем в графу №6 отношение cos.

В графу №7 запишем расчётную величину, которую определим перемножив коэффициент использования с общей номинальной мощностью

 для плоскошлифовальных станков;

 для расточных станков.

В графу №8 запишем расчётную величинуtg, которую определим перемножив коэффициент использования с общей номинальной мощностью и с тангенсом

tg для плоскошлифовальных станков;

 для расточных станков.

В графу №9 запишем расчётную величину , перемножив количество электроприёмников с квадратом номинальной мощности одного электроприёмника

для плоскошлифовальных станков;

для расточных станков.

В строке «итого»  суммируем в графах со 2 до 9 получившиеся значения и записываем результаты.

Заполняем дальше таблицу только в строке «итого».

В графе №10 записываем эффективное число электроприёмников, рассчитанное по формуле (3.2)                            

По таблице  «Значения коэффициентов расчётной  нагрузки для питающих сетей напряжением до 1кВ» выбираем коэффициент расчётной нагрузки , равный 1,47 и записываем в итоговую стоку 11-ой графы.

В графу №12 запишем расчётную активную мощность, которую найдём по формуле (3.4)

кВт

В графу №13 запишем расчётную реактивную мощность, которую определим по формуле (3.3)

Так как в  данном случае .

квар.

В графу №14 запишем расчётную полную мощность, которую определим по формуле (3.5)

кВ·А

В графу №15 запишем расчётный ток, который  определим по формуле (3.6)

Остальные нагрузки рассчитываем аналогично, все данные сводим в таблицу 2.

4.Выбор числа и мощности трансформаторов КТП, компенсирующего устройства.

В предыдущей главе рассчитаны нагрузки цеха, исходя из которых, выбираем трансформатор для КТП по формуле

                                                 (4.1)

где - расчётная активная мощность всех электроприёмников цеха;

- дополнительная активная мощность, в данном случае она отсутствует и принимаем = 0 кВт;

 – активная мощность щита  освещения. Заданна изначально в задании = 28 кВт.

- коэффициент загрузки трансформатора. Для потребителей 3-ей категории  этот коэффициент равен 0,8;

N – количество трансформаторов.

Исходя из расчётных данных выбираем трёхфазный масляный двухобмоточный трансформатор ТМГ – 630/10 – У1 ( номинальная мощность 630 кВ·А; потери холостого хода 950 Вт, потери короткого замыкания 7500 Вт; напряжение короткого замыкания 5,5%; ток холостого хода 1,4%).

Для промышленных предприятий с присоединённой мощностью  менее 750кВа мощность компенсирующих устройств, , квар, можно определить по формуле

                                        (4.2)

где  - суммарная расчётная активная нагрузка потребителей, кВт;

 – фактический (расчётный)  коэффициент реактивной мощности, соответствующий расчётному коэффициенту мощности  cos;

- нормативный коэффициент реактивной  мощности, соответствующий оптимальному значению коэффициента мощности (cos2 = 0,92 – 0,95).

Принимаем ( по справочным данным), а = 0,774 из таблицы №2.

330,08·(0,774 – 0,13) = 212,57 квар.

По найденному значению выбираем КУ типа УКМ58-04-268-67УЗ с номинальной мощностью 268 квар (мощность одной ступени 67 квар, число ступеней – 4)

5.Расчёт  сети 0,4 кВ

5.1Найдём номинальные, пусковые и пиковые токи электроприёмников.

Находим номинальные  токи каждого элетродвигателя по формуле

                                                                     (5.1)

где - номинальная активная мощность ЭП, кВт;

- номинальное линейное напряжение сети, кВ;

, - соответственно номинальный коэффициент мощности и номинальный КПД электроприёмника.

Для многодвигательного электропривода (n= 2,3) расчётный ток определяется как сумма номинальных токов двигателей.

                                                         (5.2)

Находим пусковые токи каждого электродвигателя по формуле

                                                                   (5.3)

где - номинальный ток электродвигателя, кВт;

- кратность пуска по отношению к , берём из справочных данных.

Для нахождения пикового тока воспользуемся выражением

                                                           (5.4)

где -наибольший пусковой ток электродвигателей установленных на станке;

- сумма номинальных  токов остальных двигателей станка, кроме того, по которому выбран .

Для определения  номинального тока крана, работающего  в повторно кратковременном режиме, используем формулу

                                                       (5.5)

Где сумма токов двигателей крана, работающих в повторно-кратковременном режиме

                                                              (5.6)

Для нахождения номинального тока сварочного аппарата воспользуемся выражением

                                                                  (5.7)

Где мощность длительного режима, которая находится по формуле

                                                              (5.8)

Например, рассмотрим продольно-строгальный станок, на котором  расположены 2 электродвигателя. Из паспортных данных запишем в таблицу №3: мощности двигателей; их КПД;  и кратность пуска.

По формуле (5.1) находим номинальные токи двигателей и записываем полученные данные в  таблицу

По формуле (5.3) находим пусковые токи

По формуле (5.4) находим пиковый ток для станка

По формуле (5.2) находим номинальный ток всего станка

Рассмотрим  ещё пример расчёта сварочного трансформатора, так как он работает в повторно кратковременном режиме, расчёты будут отличаться.

По формуле (5.8) найдём мощность длительного режима

 кВ·А

Для нахождения номинального тока сварочного аппарата воспользуемся формулой (5.7)

Полученный  номинальный ток сварочного аппарата заносим в соответствующую графу таблицы 3.

Все остальные  расчёты производим аналогично, данные сводим в таблицу 3.

Таблица 3