Электроснабжение цеха

Введение

 

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

Энергетическая политика РФ предусматривает  дальнейшее развитие энергосберегающей  программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией.

Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения  существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве.

За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических  и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий.

Важной особенностью систем электроснабжения является невозможность создания запасов  основного используемого продукта - электроэнергии. Вся полученная электроэнергия немедленно потребляется. При непредвиденных колебаниях нагрузок необходима точная и немедленная реализация системы управления, компенсирующая возникший дефицит.

От надежного и бесперебойного электроснабжения зависит: работа промышленных предприятий любых отраслей, полученная прибыль, зависящая от объемов выпуска продукции, соблюдения условий хранения скоропортящейся продукции, особенно актуально это звучит для предприятий пищевой промышленности. Для эффективного функционирования предприятия, схема электроснабжения должна обеспечивать должный уровень надежности и безопасности.

 

1 Краткая характеристика производства и потребителей  ЭЭ

 

Электромеханический цех (ЭМЦ) предназначен для подготовки заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами.

Он является одним из цехов металлургического  завода, выплавляющего и обрабатывающего  металл. ЭМЦ имеет станочное отделение, в котором установлено штатное  оборудование: слиткообдирочные, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические станки и др.

В цехе предусмотрены помещения  для цеховой ТП, вентиляторной, инструментальной, для бытовых нужд и пр. ЭМЦ получает ЭСН от подстанции глубокого ввода (ПГВ). Расстояние от ПГВ до ТП – 0,5 км, а от ЭСН до ПГВ – 10 км. Напряжение на ПГВ – 10 кВ.

Количество рабочих смен – 2. Потребители  ЭЭ имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

Грунт в районе здания – суглинок с температурой +20 . Каркас здания сооружен из блоков секций длиной 8 и 9м каждый.

Размеры цеха 

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень ЭО цеха указан в таблице 1.1

Расположение основного ЭО показано на плане

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1 – перечень ЭО цеха

№на плане

Наименование

ЭО

,

кВт

1

2

3

4

5

6

1, 21

Краны мостовые

18

1,732

0,5

0,06

2, 3, 22, 23

Манипуляторы электрические

3,2

1,33

0,6

0,7

4, 5, 6, 28

Точильно-шлифовальные станки

2

1,732

0,5

0,13

7, 8, 26, 27

Настольно-сверлильные станки

2,2

1,732

0,5

0,13

9, 10, 29, 30

Токарные полуавтоматы

10

1,667

0,65

0,2

11…14

Токарные станки

13

1,732

0,5

0,13

15…20,

33…37

Слиткообдирочные станки

3

1,732

0,5

0,13

24, 25

Горизонтально-фрезерные станки

7

1,732

0,5

0,13

31, 32

Продольно-строгальные станки

10

1,732

0,5

0,13

38…40

Анодно-механические станки

75

1,732

0,5

0,13

41

Тельфер

5

1,732

0,5

0,06

42, 43

Вентиляторы

4,5

0,74

0,8

0,7


 

2 Анализ электрических  нагрузок

 

Согласно ГОСТ 183-74 различают восемь номинальных  режимов работы электроприемников: продолжительный; кратковременный; повторно-кратковременный; повторно-кратковременный с частыми пусками;  повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением; перемежающийся; перемежающийся с частыми реверсами; перемежающийся с двумя или более частотами вращения.

Рассмотрим два основных режима работы:

  1. Продолжительный режим. Этот режим работы продолжается столь длительное время, что превышение температуры нагрева всех его частей над температурой окружающей среды достигает практически установившегося значения. В продолжительном режиме работают электроприводы большинства насосов, компрессоров, вентиляторов, механизмы непрерывного транспорта, нагревательные печи и т.п.
  2. Повторно-кратковременный режим, при котором кратковременные периоды работы чередуются с паузами. При этом рабочие периоды не настолько длительны, чтобы превышение температуры нагрева электроустановок над температурой окружающей среды могло бы достигнуть установившегося значения. В данном режиме работают электроприводы механизмов подъемно-транспортных устройств, приводы прокатных станков, электросварочные аппараты для точечной сварки и т.п.

 

3 Выбор схемы  силовой сети и места установки  силовых распределительных пунктов  (шинопроводов)

 

Распределительные внутрицеховые  сети – это сети, к которым  непосредственно подключаются различные  ЭП цеха. Распределительные сети выполняются с помощью распределительных шинопроводов (ШРА) и распределительных пунктов.По своей структуре схемы внутрицеховых электрических сетей могут быть радиальными, магистральными и смешанными. Радиальные схемы применяют при наличии групп сосредоточенных нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, во взрыво-и пожароопасных цехах, в цехах с химически активной и аналогичной средой

Схема внутрицеховой сети определяется технологическим  процессом производства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением ТП, ЭП и вводов питания, расчетной мощностью, требованиями бесперебойности электроснабжения, технико-экономическими соображениями, условиями окружающей среды. Внутрицеховые сети делятся на питающие и распределительные. Питающие отходят от источника питания (ТП) к распределительным пунктам (РП), к распределительным шинопроводам или отдельным крупным ЭП.

Достоинством радиальных схем является их высокая надежность, т.к. авария на одной линии не влияет на работу ЭП, подключенных к другой линии. Недостатками радиальных схем являются: малая экономичность , связанная со значительным расходом проводникового материала, труб, распределительных пунктов; большое число защитной и коммутационной аппаратуры.

Учитывая все вышеперечисленные факты, для данного производства  я применяю радиальную схему электроснабжения.

 

4 Расчет электрических  нагрузок

 

Производим деление  электроприемников на группы при  помощи коэффициента использования  , если ,то электроприемники относятся к группе А ,если  ,то к группе Б . Коэффициент максимума определяется по таблице 1.5.1 , с. 24

Все электропринмники с переменным графиком нагрузки (группа А)

Определяем суммарную  номинальную активную мощность

=
= (3 * 6 + 13 * 4) = 70 кВт

Определяем номинальную реактивную мощность группы

) = (3 * 6 * 1,667 + 13 * 4 * 1,732) = 111,1 кВар

Определяем среднюю активную мощность

=
) = (3 * 6 * 0,2 + 13 * 4 * 0,13) = 10,3 кВт

Определяем среднюю реактивную мощность

=
 = (3 * 6 * 1,667 * 0,2 + 13 * 4 * 1,732 * 0,13) = 15,9 кВар

Определяем эффективное  число  электроприемников

=
 = 6,7

Определяем коэффициент использования группы

=
 = 0,14

Определяем коэффициент максимума  методом кусочно-линейной интерпаляции

= f(

Определяем по таблице 1.5.3 с. 26 пределы ,в которых находится и   

Cоставляем уравнение прямой  y=ax+b ,где a = ; b =

 

 

0,1

0,15

6

3,04

2,64

7

2,88

2,48


 

Рассмотрим            

 

 

a =

= -8

b = 2,64 –(-8)*0,15 = 3,84

Рассмотрим            

 

 

a =

= -8

b = 2,48 –(-8)*0,15 = 3,68

 

6

7

0,13

2,82

2,8


 

Рассмотрим            

 

 

a =

= -0,02

b = 2,8–(-0,02)*0,13 = 2,802

Определяем коэффициент  максимума по реактивной мощности (если ; если )

Так как  6,7, то ,1

Определяем расчетную  активную мощность

39 кВт

Определяем расчетную реактивную мощность

 = 1,1 * 15,9 = 67,5 кВар

Определяем средний коэффициент  мощности

= 0,545

Определяем полную расчетную мощность

=

 Определяем расчетный ток 

 = 0,1185 кА

Расчеты для остальных электроприемников проводятся аналогично и результаты сводятся в таблицу 5.1.

 

5 Выбор числа и мощности  трансформатора

 

          При  проектировании СЭС установка  однотрансформаторных подстанций  рекомендуется при полном резервировании ЭП 1 и 2 категорий по сетям низкого напряжения и для питания ЭП 3 категории, когда по условиям подъездных дорог, а также по мощности и массе возможна замена 

поврежденного трансформатора в течении  не более одних суток и при  наличии централизованного резерва. Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях промышленных предприятий является одним из основных вопросов  рационального построения системы электроснабжения. В нормальных условиях силовые трансформаторы должны обеспечивать питание всех ЭП предприятия. Как правило, трансформаторов на подстанциях должно быть не более двух.

           Двухтрансформаторные  подстанции применяются при значительном 

числе потребителей 1 и 2 категорий, при сосредоточенных нагрузках  на данном участке с высокой удельной плотностью, а также если имеются ЭП особой группы . На крупных трансформаторных подстанйиях число трансформаторов не

более двух.

 

 Определяем  номинальную мощность  трансформатора

  =
кВа ,

где  1,1 –коэффициент ,учитывающий осветительную нагрузку

  - активная средняя мощность  цеха   

0,7 –коэффициент  загрузки трансформатора в нормальном  режиме

Определяем количество трансформаторов

Все электроприемники по бесперебойности ЭСН – 2 категории, поэтому выбирается 2 трансформатора типа ТМ – 160/10/0,4

Таблица 5.1 - сводная таблица расчетных данных

Наименование

, кВт

, кВар

, кВт

, кВар

, кВт

, кВар

, кВа

, А

Цех

463,6

747,9

74,9

111,8

0,55

225

389,7

450

683,7

РП – 1

70

111,1

10,3

15,9

0,54

39

67,5

78

118,5

РП – 2

58

85,3

13,15

17,8

0,59

38

54,5

66,4

101

РП – 3

73,8

105,1

18,5

21,8

0,64

38

54,56

66,4

131

РП – 4

265

450,5

35,15

59,1

0,51

225

389,7

450

623,7


 

 

 

 

 

 

 

6 Расчет и выбор компенсирующего  устройства

 

Реактивной мощностью дополнительно  нагружаются питающие и распределительные  сети предприятия, соответственно увеличивается  общее потребление электроэнергии. Меры по снижению потребления реактивной мощности: естественная компенсация без применения специальных компенсирующих устройств (КУ); искусственная компенсация с применением КУ.           Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводится на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относятся:

-упорядочение  и автоматизация технологического  процесса,  ведущие к выравниванию  графика нагрузки и улучшению  энергетического режима оборудования;

-создание рациональной  схемы электроснабжения, за счет  уменьшения количества ступеней  трансформации ;

-замена трансформаторов  и другого электрооборудования  старых конструкций на новые,  более совершенные с меньшими  потерями на перемагничивание;          -замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка; -улучшение качества ремонта электродвигателей, уменьшение переходных сопротивлений контактных соединений;     -отключение при малой нагрузке части силовых трансформаторов; Для искусственной компенсации реактивной мощности применяются специальные КУ, являющиеся источниками реактиной энергии емкостного характера. 

К техническим  средствам компенсации реактивной мощности относятся следующие виды КУ: конденсаторные батареи (КБ), синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности (ИРМ).

Определяем расчетную  реактивную мощность компенсирующего  устройства

) = 0,9 * 225 * (1,7 – 0,33) = 277,4 кВар.

где  коэффициент ,учитывающий повышение естественным способом ( = 0,9 )

- расчетная активная мощность  цеха

- коэффициент реактивной мощности  до и после компенсации ( определяется в зависимости от ,который берется из промежутка 0,12 -0,95)

 По таблице 6.1.1 , с. 123 выбираем компенсирующее устройство , близкое по мощности

УКБН-0,38-300 -50 для каждого трансформатора

 Определяем фактическое значение  после компенсации реактивной мощности

= 1,7 - = 0,22

Таблица 6.1 – выбор компенсирующего устройства

Параметр

,кВт

,кВар

,кВа

Всего на НН без КУ

0,51

1,7

225

389,7

450

КУ

      

300

  

Всего на НН с КУ

0,95

0,22

225

89,7

450

Потери 

    

9

45

45,89

Всего на ВН с КУ

    

68,4

20,67

71,45


 

 Определяем потери в трансформаторе

= 0,02 *
= 9

= 0,1 *
 = 45

=
= 45,89

Определяем коэффициент загрузки

=

 

 

7 Расчет и выбор сетей напряжением до 1кВ

 

Для выбора сечения проводника по условиям нагрева токами нагрузки сравниваются расчетный ( и допустимый ( токи для проводника принятой марки и с учетом условий его прокладки .

Ток допустимый ( выбирают по таблице 1.3.5 , с . 20.При этом должно соблюдаться соотношение

 

Таблица 7.1 – выбор сетей напряжением до 1 кВ

№ линии

Наименование ЭП

, кВт

, А

S ,

Марка кабеля

1

2

3

4

5

6

7

 

РП1

70

118,5

140

70

АВВГ

 

Токарные станки

13

38,3

42

10

АВВГ

 

Слиткообдирочные станки

3

7

19

2,5

АВВГ

 

РП2

58

101

140

70

АВВГ

 

Краны мостовые

18

54,7

60

16

АВВГ

 

Манипуляторы электрические

3,2

8,7

19

2,5

АВВГ

 

Точильно-шлифовальные станки

2

5,9

19

2,5

АВВГ

 

Настольно-сверлильные станки

2,2

7,4

19

2,5

АВВГ

 

Токарные полуавтоматы

10

22,8

27

4

АВВГ

 

РП3

73,8

131

140

70

АВВГ

 

Горизонтально-фрезерные станки

7

21,2

27

4

АВВГ

 

Продольно-строгальные станки

10

30,1

32

6

АВВГ

 

Вентиляторы

4,5

8,5

19

2,5

АВВГ

 

РП4

265

623,7

350

185

2ВВГ

1

2

3

4

5

6

7

 

Тельфер

5

15,3

19

2,5

АВВГ

 

Анодно-механические станки

75

214,6

235

150

АВВГ


 

 

8 Расчет и выбор аппаратов защиты напряжением до 1 кВ

 

Автоматические выключатели предназначены  для отключений при КЗ и перегрузках  в электрических сетях ,отключений при недопустимых снижениях напряжения , а также для включений и  отключений электрических цепей . Выключатели имеют тепловой и электромагнитный расцепители ,иногда только ЭМР.

Для выбора автоматических выключателей необходимо знать расчетный ток  в линии ( . По таблице 2.1.1 , с .39 производится выбор автоматического выключателя .

Выбор автоматических выключателей 

Выбор расцепителей автоматических выключателей

где 

Порядок выбора автоматических выключателей для остальных линий проводится аналогично.

Таблица 8.1 – выбор аппаратов защиты

№ линии

Наименование ЭП

,А

,А

, А

 кА

тип АЗ

1

2

3

  

4

5

6

7

8

 

Т

683

  

800

1000

6830

25

ВА 53-41

 

РП1

118,5

  

125

160

1185

12,5

ВА 51-33

 

Токарные станки

38,3

191,5

40

100

383

5

ВА 51Г-31

 

Слиткообдирочные станки

7

35

10

100

70

2

ВА 51Г-31

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

РП2

101

  

125

160

1010

12,5

ВА 51-33

 

Краны мостовые

54,7

273,5

63

100

547

5

ВА 51Г-31

 

Манипуляторы электрические

8,7

43,5

10

100

87

2

ВА 51Г-31

 

Точильно-шлифовальные станки

5,9

29,5

10

100

59

2

ВА 51Г-31

 

Настольно-сверлильные станки

7,4

37

10

100

74

2

ВА 51Г-31

 

Токарные полуавтоматы

22,8

114

25

100

228

3,5

ВА 51Г-31

 

РП3

131

  

160

160

1310

12,5

ВА 51-33

 

Горизонтально-фрезерные станки

21,2

106

25

100

212

3,5

ВА 51Г-31

 

Продольно-строгальные станки

30,1

150,5

31,5

100

301

3,5

ВА 51Г-31

 

Вентиляторы

8,5

42,5

10

100

85

2

ВА 51Г-31

 

РП4

623,7

  

630

630

6237

35

ВА 51-39

 

Тельфер

15,3

76,5

20

100

153

3,5

ВА 51Г-31

 

Анодно-механические станки

214,6

1073

250

250

2146

15

ВА 51-35




 

9 Расчет сетей напряжением  до 1 кВ по потере напряжения

 

Выбранные по длительно  допустимому току и согласованные  с током защиты аппаратов сечения  проводников внутрицеховых электрических  сетей должны быть проверены на потерю напряжения . Нормированных значений потери напряжения нет ,однако согласно  ГОСТ 13109 – 87  в электрических сетях до 1кВ в нормальном режиме допускается отклонение напряжения от номинального в пределах от -5 до +5%

Потери напряжения в трехфазной линии переменного тока можно  определить по формуле :

(
/
 ) *
 * L (
 ) = 0,45 *  54,7 * 0,01 * 1,07 = 0,26,

 

где -расчетный ток линии ,А

Р –мощность ,кВт

L –длина линии ,км

-соответственно активное и индуктивное сопротивление 1км проводника ,Ом /км (таблица 1.9.5 , с . 62)

Расчеты потерь для остальных электроприемников  проводятся аналогично

Таблица 9.1 – расчет сетей по потерям напряжения

№ линии

Наименование ЭП

S ,

1

2

3

4

5

6

7

8

 

Краны мостовые

18

54,7

16

1,95

0,095

0,26

 

Манипуляторы электрические

3,2

8,7

2,5

12,5

0,116

0,64

 

Точильно-шлифовальные станки

2

6,9

2,5

12,5

0,116

0,79

 

Настольно-сверлильные станки

2,2

7,4

2,5

12,5

0,116

0,45

1

2

3

4

5

6

7

8

 

Токарные полуавтоматы

10

22,8

4

7,81

0,107

0,32

 

Токарные станки

13

38,3

10

3,12

0,099

0,28

 

Слиткообдирочные станки

3

7

2,5

12,5

0,116

0,14

 

Горизонтально-фрезерные станки

7

21,2

4

7,81

0,107

0,46

 

Продольно-строгальные станки

10

30,1

6

5,21

0,1

0,33

 

Анодно-механические станки

75

214,6

150

0,208

0,079

0,18

 

Тельфер

5

15,3

2,5

12,5

0,116

0,74

 

Вентиляторы

4,5

8,5

2,5

12,5

0,116

0,46

Электроснабжение цеха 📙 Реферат → 🆔 312782

Электроснабжение цеха 📙 Реферат → 🆔 312782