Создание оптимальной схемы низковольтного электроснабжения сварочного участка цеха
ВВЕДЕНИЕ
Не одно промышленное предприятие в мире в настоящее время не обходится без потребления электрической энергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий при этом могут быть самыми разнообразным, от простейших без трансформации напряжения, до сложнейших многоуровневых с суммарной длиной кабельных линий до нескольких сотен километров.
Поэтому очень остро для систем электроснабжения промышленных предприятий стоят вопросы оптимизации потерь мощности и электроэнергии, надежности электроснабжения и качества электрической энергии. Данные вопросы целесообразно решать на стадии проектирования систем электроснабжения.
В настоящее время при разработке систем электроснабжения промышленных предприятий стараются максимально приблизить источники высокого напряжения 35-220 кВ и электроустановкам потребителей с ПГВ, размещаемые рядом с энергоемкими производственными корпусами; резервирование питания для отдельных категорий потребителей закладываются в схему СЭС и в самих элементах.
Целью данной работы является создание оптимальной схемы низковольтного электроснабжения сварочного участка цеха.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: рассчитать электрические нагрузки; разработать оптимальные схемы низковольтного электроснабжения цеха; выбрать электрооборудование в том числе: силовые трансформаторы, компенсирующие устройства, проводники, коммутационную аппаратуру.
Для иллюстрации принятых решений выполнить два чертежа на листах формата А1.
Исходными данными на проект служат:
- План расположения оборудования цеха.
- Мощности электроприемников цеха.
1.РАСЧЕТ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ
Расчет силовой нагрузки производится в два этапа. На первом этапе рассчитывается суммарная нагрузка цеха для выбора трансформаторов цеховой КТП. На втором этапе определяются нагрузки по группам подключения электроприемников, перечень которых дан в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
Перечень электроприемников
Наименование электроприемника |
№ на плане |
Количество ЭП,шт. |
Рном,кВт |
Сварочные преобразователи |
1,4 |
2 |
22 |
Сварочный полуавтомат |
2 |
1 |
18 |
Вентиляционные установки |
3,9,13,16,41 |
5 |
9 |
Сварочные выпрямители |
5…7 |
3 |
12,2 |
Токарные станки импульсной наплавки |
8,10 |
2 |
10,5 |
Сварочные агрегаты |
11,12,14,15 |
4 |
8,1 |
Кондиционеры |
17,21,44,46 |
4 |
12 |
Электропечи сопротивления |
18…20 |
3 |
75 |
Слиткообдирочные станки |
22…26,28 |
6 |
6,5 |
Сверлильные станки |
27,35,37…39 |
5 |
2,2 |
Кран-балка |
29 |
1 |
10 |
Конвейеры ленточные |
30,34 |
2 |
3 |
Обдирно-шлифовальные станки |
31…33,36 |
4 |
4 |
Сварочный стенд |
40 |
1 |
8,7 |
Сварочные трансформаторы |
42,43 |
2 |
32 кВА |
Электроталь |
45 |
1 |
3,5 |
Мощности кранов с повторно- кратковременным режимом работы необходимо привести к длительному режиму по формуле:
Здесь Pном – Приведенная к длительному режиму мощность;
Sn - паспортная мощность;
ПВ – продолжительность включения, о.е.
Расчет суммарной цеховой нагрузки выполнен в таблице 1.2 в следующем порядке.
Для каждой группы одинаковых электроприемников (ЭП) определены значения коэффициента использования Киi и коэффициента мощности tgφi по [1,табл.1.5.1].
Средние активные Pcpi и реактивные мощности Qcpi каждой группы одинаковых электроприемников рассчитаны по формулам:
, (1.2)
(1.3)
Где Pномi – номинальная мощность одного электроприемника в i-ой группе, кВт.
Средневзвешенные
(1.4)
(1.5)
Здесь Pном ∑ - суммарная номинальная мощность электроприемников всех электроприемников цеха, кВт.
Эффективное число электроприемников находится по формуле:
, (1,6)
Где Рном max – наибольшая номинальная мощность одного электроприемника цеха.
Коэффициент расчетной нагрузки Kp определяется по [2, табл. 2] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников
Расчетная
активная и реактивная
, (1.7)
(1.8)
Расчет электрических нагрузок для трансформаторов КТП
Исходные данные |
Средняя мощность группы ЭП |
nэ |
Кр |
Расчетная мощность | |||||||
По заданию |
По справочным данным |
Pср, кВт |
Qср, кВАр |
Рр,кВт |
Qр, кВАр | ||||||
Наименование электроприемника |
Кол-во ЭП nф |
Номинальная мощность, кВт |
Ки |
tgj | |||||||
одного ЭП |
общая | ||||||||||
Сварочные преобразователи |
2 |
22 |
44 |
0,3 |
1,3 |
13,2 |
17,16 |
||||
Сварочный полуавтомат |
1 |
18 |
18 |
0,35 |
1,17 |
6,3 |
7,371 |
||||
Вентиляционные установки |
5 |
9 |
45 |
0,65 |
0,75 |
29,25 |
21,9375 |
||||
Сварочные выпрямители |
3 |
12,2 |
36,6 |
0,25 |
1,3 |
9,15 |
11,895 |
||||
Токарные станки импульсной наплавки |
2 |
10,5 |
21 |
0,14 |
1,73 |
2,94 |
5,0862 |
||||
Сварочные агрегаты |
4 |
8,1 |
32,4 |
0,25 |
1,3 |
8,1 |
10,53 |
||||
Кондиционеры |
4 |
12 |
48 |
0,7 |
1,73 |
33,6 |
58,128 |
||||
Электропечи сопротивления |
3 |
75 |
225 |
0,7 |
0,3 |
157,5 |
47,25 |
||||
Слиткообдирочные станки |
6 |
6,5 |
39 |
0,14 |
1,73 |
5,46 |
9,4458 |
||||
Сверлильные станки |
5 |
2,2 |
11 |
0,14 |
1,73 |
1,54 |
2,6642 |
||||
Кран-балка |
1 |
3,87 |
3,87 |
0,1 |
0,62 |
0,387 |
0,23994 |
||||
Конвейеры ленточные |
2 |
3 |
6 |
0,55 |
1 |
3,3 |
3,3 |
||||
Обдирно-шлифовальные станки |
4 |
4 |
16 |
0,14 |
1,73 |
2,24 |
3,8752 |
||||
Сварочный стенд |
1 |
8,7 |
8,7 |
0,25 |
1,3 |
2,175 |
2,8275 |
||||
Сварочные трансформаторы |
2 |
5,76 |
11,52 |
0,25 |
1,73 |
2,88 |
4,9824 |
||||
Электроталь |
1 |
1,75 |
1,75 |
0,05 |
0,62 |
0,0435 |
0,02697 |
||||
Итого |
46 |
566,96 |
0,5 |
1,54 |
278,0655 |
206,7197 |
3 |
1,41 |
392,0724 |
291,4748 | |
2.РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ
Кроме силовой нагрузки в цехе имеется осветительная нагрузка, расчетная величина которой определяется по формуле (2.1)
Pр.о.= Руст ∙ Кс ∙ КПРА, (2,1)
Где: Руст – Установочная мощность ламп;
Кс – коэффициент спроса;
КПРА – Коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре.
Для определения установочной мощности ламп необходимо найти их количество, которое зависит от размещения светильников в цехе.
Размещение светильников в плане и в разрезе цеха определяется следующими размерами:
Н=8м, Нв=4м – заданными высотами цеха и вспомогательных помещений;
hc= 2м - расстоянием светильника от перекрытия;
hп= Н - hc – высотой светильника над полом;
hp = 1 м – высотой расчетной поверхности над полом;
h = hп - hp – расчетной высотой;
L – расстояние между соседними светильниками или рядами ламп;
I – расстояние от крайних светильников до стены.
Основное требование при выборе расположения светильников заключается в доступности их при обслуживании. Кроме того, размещение светильников определяется условием экономичности. Важное значение имеет отношение расстояния между светильниками или рядами светильников к расчетной высоте λ=L / h, уменьшение его приводит к удорожанию осветительной установки и усложнению ее обслуживании, а чрезмерное увеличение приводит к резкой неравномерности освещения и к возрастанию расходов энергии.
При лучшем освещении легче обнаруживаются недостатки, допускаемые при обработке деталей и, следовательно, улучшается качество продукции. В свою очередь, недостаточное или нерациональное освещение могут стать причиной повышения травматизма, так как при недостаточной освещенности затрудняется различение опасных частей станков.
Существуют два вида освещения: естественное и искусственное.
Роль естественного освещения
в обеспечении благоприятных
условий труда на производстве
очень велика. За счет дневного
света в помещениях можно
Для искусственного освещения в настоящее время используют несколько видов источников света. Основными из них являются лампы накаливания, люминесцентные лампы, специальные лампы с повышенной световой отдачей – ртутные высокого и сверхвысокого давления.
Для освещения сварочного участка цеха предварительно выбираем светильники РСП 05-700-001с ртутно-кварцевыми лампами с исправленной цветностью типа ДРЛ. Для выбранного светильника РСП 05-700-001, имеющего глубокую кривую силы свечения по [3,с.260,таблица 10.4] принимаем λ=1. Для освещения вспомогательных помещений выбраны светильники ЛПО 12-2х40-904 с люминесцентными лампами ЛБ, для которых λ=0,9.
Находим значение расчетной высоты h для цеха и вспомогательных помещений по формуле:
Следовательно, расстояние между рядами светильников в цехе и во вспомогательных помещениях:
(2.3)
В соответствии с полученными значениями L выполнено размещение светильников в сварочном участке цеха которое показано на рисунке 2.1.
Для определения мощности ламп методом коэффициента использования рассчитывается световой поток каждого светильника, необходимый для получения нормы освещённости:
(2.4)
Где Ф – световой поток одного светильника, лм;
Ен – нормированная минимальная освещенность, лк;
Кзап = 1,5 – коэффициент запаса;
S – площадь помещения, m2;
z = 1,15- коэффициент неравномерности для ламп ДРЛ;
ŋ- коэффициент использования светового потока, о.е.;
N- число светильников.
Для остальных помещений по формуле (2.4) при подстановки в неё вместо числа светильников N числа рядов n люминесцентных ламп рассчитывается световой поток ламп одного ряда.
Норма освещенности для станочного отделения цеха – ЕН.i =300лк [4,c.94-100.]
Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i:
(2.5)
Здесь А – длина помещения, m;
В – ширина помещения, m.
Индекс помещения для механического отделения цеха согласно плану:
Кроме индекса помещения, для нахождения коэффициента использования светового потока необходимо знать коэффициенты отражения потолка, стен и рабочей поверхности. Для чистого бетонного потолка, бетонных стен с окнами и темной расчетной поверхностью: рп= 70%, рс=50%, рр=30% [4,табл.5-1] .
По [4,табл.5-9] определили коэффициент использования светового потока для половины механического отделения –ŋ= 90%.
В соответствии с планом размещения светильников (рис. 1.1.) определяем требуемый световой поток для половины механического отделения
По [4, табл.2,15] выбираем лампы ДРЛ 400, имеющие мощность ламп Рном = 400 Вт и световой поток Фном =23500лм. Световой поток выбранных ламп отличается от расчетного значения на 2,2%,что допустимо [3,с.261].
Индекс помещений для сварочного поста-1:
[4,табл.5.11].
Требуемый световой поток для двух рядов светильников в сварочном
посту-1:
Выбираем лампы ЛБ40-1, имеющие мощность Pном =40 Вт и световой поток Фном = 3000 лм.
Определяем число светильников N в одном ряду:
(2.6)
Здесь 2- число ламп в одном светильнике ЛПО12-2х40-904:
Суммарная длина N светильников ЛПО12-2х40-904
(2.7)
Здесь L1 = 1,54m – длина одного светильника ЛПО12-2х40-904 [4,табл.3-9].
Аналогичным образом рассчитано число светильников и их суммарная длина для остальных помещений, расчет показан в таблице 2.1. При этом для всех остальных помещений выбраны светильники ЛПО12-2х40-904 с лампами ЛБ40-1
Общее число светильников ЛПО12-2х40-904 в цехе:
Nл =54
Расчет числа светильников для помещений цеха
Помещение |
Ен, лк |
h, м |
А, м |
В, м |
n |
i |
η, о.е. |
Ф, лм |
N |
Механическое отделение |
300 |
5 |
48 |
30 |
3,69 |
0,9 |
23000 |
36 | |
Термическое отделение |
2,34 |
18 |
8 |
1 |
2,36 |
0,54 |
12000 |
10 | |
Отделение импульсной наплавки |
24 |
6 |
1 |
2,05 |
0,54 |
6666 |
18 | ||
Сварочный пост-1 |
6 |
8 |
1 |
1,46 |
0,54 |
6666 |
6 | ||
Сварочный пост-2 |
6 |
8 |
2 |
1,46 |
0,54 |
10000 |
4 | ||
Сварочный пост-3 |
4 |
6 |
2 |
1,02 |
0,54 |
10000 |
2 | ||
Сварочный пост-4 |
4 |
6 |
2 |
1,02 |
0,54 |
10000 |
2 | ||
Склад |
75 |
8 |
9,5 |
1 |
1,85 |
0,58 |
3685 |
4 |
Общее число ламп ЛБ-40 в цехе: Nл=108
Число ДРЛ400: Nд=36
Установленная мощность ламп:
(2.8)
Руст= 36·400+108·40=14400+4320=18720 Вт.
По [3,с 271] определили значение коэффициентов спроса и учета потерь мощности в пускорегулирующей аппаратуре для люминесцентных ламп и ламп ДРЛ: Кс=0,95; КПРА Л = 1,2; КПРА Д = 1,1. Следовательно, осветительная нагрузка цеха:
Pро=14,4∙0,95·1,1+4,32·0,95·1,
Qро= Pро∙tgφo=19,97∙0.33=6,59 кВАр
Таким образом, полная нагрузка цеха, с учетом осветительной нагрузки составляет:
Рр∑= Pцех р+ Рро (2.9)
Qр∑=Qцех р+Qро (2.10)
Рр∑= 392,0724+19,97=412,04 кВт.
Qр∑= 291,4748+6,59=298,064 кВАр.
- ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ
Принимаем, что на рассматриваемом объекте имеется складской резерв трансформаторов, тогда с учетом того что потребители цеха имеют только 2 и 3 категории по надежности электроснабжения, принимаем что подстанция выполняется однотрансформаторной [3,с.106].
Расчетную мощность трансформатора определяем по формуле
[3, с.106]
(3.1)
здесь Кз = 0,9 –рекомендуемый коэффициент загрузки для однотрансформаторной ТП [3,с. 103].
Выбираем трансформатор ТМ-630/10
Определяем реактивную
мощность, которую целесообразно
передавать через силовой
(3.2)
кВАр
Находим мощность низковольтных компенсирующих установок (НКУ) [3.с.106]:
(3.3)
Мощность НКУ, необходимых для сведения потерь электроэнергии в распределительной сети к минимуму:
(3.4)
Расчетный коэффициент γ зависит от схемы питания цеховой подстанции и расчетных параметров Кр1 и К р2, которые определяются по [3,с.108-109,таблицы 4.6и4.7]: Кр1=9 Кр2 =2 (при длине питающей линии 50 м). Принимаем, что цеховая ТП получает питание по радиальной схеме, тогда по[3,c.108-109,рисунок 4.86] найдено, что γ =0,42, следовательно:
QНКУ2=298,064-97,92-0,42·630=-
- ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Цеховые сети распределения электроэнергии должны:
- обеспечивать необходимую
- быть удобные и безопасные в эксплуатации;
- иметь оптимальные технико-
- иметь конструктивное
Схемы цеховых
сетей делят на магистральные
и радиальные. Линию цеховой электрической
сети, отходящую от
Распределительные магистрали предназначены для питания приемников малой и средней мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ низшего напряжения цеховой подстанции.
Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если тому не препятствуют территориальные расположения нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.
Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха.
Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляют самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется использовать как наиболее дешевые силовые пункты с предохранителями (типов СП, СПУ, ШРСУЗ). Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы.
Рис. 4.1. Схема электроснабжения цеха
4.2 Расчет электрических нагрузок
Для
данного проекта выбрана
Таблица 4.1.
Расчет электрических нагрузок низковольтной сети по группам подключения
ЭП, подключаемые к одному шинопроводу или силовому пункту |
nф |
Номинальная мощность, кВт |
Ки |
tgф |
Рср, кВт |
Qср, кВАр |
nэ |
Кр |
Рр, кВт |
Qр, кВАр | |
одногоЭП |
общая | ||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Сварочные преобразователи (1) |
1 |
22 |
22 |
0,3 |
1,3 |
6,6 |
8,58 |
||||
Сварочный полуавтомат (2) |
1 |
18 |
18 |
0,35 |
1,17 |
6,3 |
7,37 |
||||
Слиткообдирочные станки (22-26) |
5 |
6,5 |
32,5 |
0,14 |
1,73 |
4,55 |
7,87 |
||||
Вентиляционные установки (3) |
1 |
9 |
9 |
0,65 |
0,75 |
5,85 |
4,39 |
||||
Итого по СП1 |
8 |
55,5 |
81,5 |
0,28 |
0,75 |
23,3 |
28,21 |
7 |
1,3 |
30,29 |
36,67 |
Кондиционеры (17,21) |
2 |
12 |
24 |
0,7 |
1,73 |
16,8 |
29,06 |
||||
Электропечи сопротивления (18-20) |
3 |
75 |
225 |
0,7 |
0,3 |
157,5 |
47,25 |
||||
Итого по СП2 |
5 |
87 |
249 |
0,7 |
174,3 |
76,31 |
7 |
1 |
174,30 |
76,31 | |
Вентиляционные установки (41) |
1 |
9 |
9 |
0,65 |
0,75 |
5,85 |
4,39 |
||||
Сварочные трансформаторы (42,43) |
2 |
5,76 |
11,52 |
0,25 |
1,73 |
2,88 |
4,98 |
||||
Кран-балка (29) |
1 |
3,87 |
3,87 |
0,1 |
0,62 |
0,387 |
0,24 |
||||
Итого по СП3 |
4 |
18,63 |
24,39 |
0,37 |
9,117 |
9,61 |
5 |
1,2 |
10,94 |
11,53 | |
Кондиционеры (44,46) |
2 |
12 |
24 |
0,7 |
1,73 |
16,8 |
29,06 |
||||
Электроталь (45) |
1 |
1,75 |
1,75 |
0,05 |
0,62 |
0,0435 |
0,03 |
||||
Сварочный стенд (40) |
1 |
8,7 |
8,7 |
0,25 |
1,3 |
2,175 |
2,83 |
||||
Конвейеры ленточные (30,34) |
2 |
3 |
6 |
0,55 |
1 |
3,3 |
3,30 |
||||
Сверлильные станки (37-39) |
3 |
2,2 |
6,6 |
0,14 |
1,73 |
0,924 |
1,60 |
||||
Обдирно-шлифовальные станки (31-33) |
3 |
4 |
12 |
0,14 |
1,73 |
1,68 |
2,91 |
||||
Итого по СП4 |
12 |
30,77 |
58,17 |
0,13 |
7,5621 |
10,08 |
10 |
1,8 |
13,61 |
18,14 | |
Сварочные преобразователи (4) |
1 |
22 |
22 |
0,3 |
1,3 |
6,6 |
8,58 |
||||
Сварочные выпрямители (5-7) |
3 |
12,2 |
36,6 |
0,25 |
1,3 |
9,15 |
11,90 |
||||
Вентиляционные установки (9) |
1 |
9 |
9 |
0,65 |
0,75 |
5,85 |
4,39 |
||||
Токарные станки импульсной наплавки (8,10) |
2 |
10,5 |
21 |
0,14 |
1,73 |
2,94 |
5,09 |
||||
Итого по СП5 |
5 |
53,7 |
88,6 |
0,27 |
24,54 |
29,95 |
8 |
1,3 |
31,90 |
38,93 | |
Продолжение таблицы 4.1.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
Слиткообдирочные станки (28) |
1 |
6,5 |
6,5 |
0,14 |
1,73 |
0,91 |
1,57 |
||||
Обдирно-шлифовальные станки (36) |
1 |
4 |
4 |
0,14 |
1,73 |
0,56 |
0,97 |
||||
Сверлильные станки (27,35) |
2 |
2,2 |
4,4 |
0,14 |
1,73 |
0,616 |
1,07 |
||||
Вентиляционные установки (13,16) |
2 |
9 |
18 |
0,65 |
0,75 |
11,7 |
8,78 |
||||
Сварочные агрегаты (11,12,14,15) |
4 |
8,1 |
32,4 |
0,25 |
1,3 |
8,1 |
10,53 |
||||
Итого по СП6 |
10 |
29,8 |
65,3 |
0,33 |
21,886 |
3,61 |
14 |
1,03 |
22,54 |
3,72 | |
Итого по ГРЩ1 |
44 |
260,7051 |
157,77 |
283,59 |
185,31 |
5.ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ.
5.1Выбор сечений кабелей к
силовым пунктам и
Выбор сечений кабелей к силовым пунктам и распределительным осуществляется по расчетному току, который определяется по формуле:
(5.1)
здесь Рр, Qр – расчетные значения активной и реактивной мощностей, текущих по проводнику.
Выбираем провод АВВГ-3х95, С длительно- допустимым током Iдл.доп.=170А.
Аналогичным образом выбираются остальные провода и кабели, результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.
Таблица 5.1.
Выбор питающих кабелей.
Участок |
Питаемые ЭП |
Рр,кВт |
Qр,кВАр |
Iр,А |
Проводник |
I дл.доп, А |
ТП-ГРЩ1 |
Цех+осв. |
412,04 |
298,064 |
734,02 |
2АВВГнг-3х185 |
385 |
ГРЩ1-СП1 |
1,2,3,22-26 |
30,29 |
36,67 |
68,65 |
АВВГ-3х16 |
75 |
ГРЩ1-СП2 |
17,21,18-20 |
174,30 |
76,31 |
274,64 |
АВВГ-3х120 |
295 |
ГРЩ1-СП3 |
29,41,42,43 |
10,94 |
11,53 |
22,94 |
АВВГ-3х6 |
38 |
ГРЩ1-СП4 |
30,34,31-33,37-39,40,45,44,46 |
13,61 |
18,14 |
32,73 |
АВВГ-3х6 |
38 |
ГРЩ1-СП5 |
4,5-7,9 |
31,90 |
38,93 |
72,65 |
АВВГ-3х16 |
75 |
ГРЩ1-СП6 |
11,12,14,15,13,16,27,35,28,36 |
22,54 |
3,72 |
32,97 |
АВВГ-3х6 |
38 |
ГРЩ1-ГЩО |
Осветит. нагр. |
19,97 |
6,59 |
30,35 |
АВВГ-3х6 |
38 |