Введение. 
Электроснабжение тракторостроительного завода

В республике Беларусь мощнейшим потребителем электрической энергии является промышленность. На долю промышленности приходится около 61% всей потребляемой электроэнергии в стране.

С помощью электрической энергии освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами, приводятся в движение миллионы станков и механизмов и многое другое.

Целью данной курсовой работы является проектирование системы электроснабжения силового оборудования цеха промышленного предприятия. В ходе ее выполнения были выбраны электродвигатели станков, их коммутационные и защитные аппараты, сформирована схема электроснабжения, определены электрические нагрузки, токи короткого.

При разработке системы электроснабжения применены типовые решения с использованием серийно выпускаемого комплектного оборудования, использовано современная вычислительная техника.

Приведенные в проекте расчеты и графическая часть базируются на действующей нормативной и справочной информации и литературе.

Разработка силовой сети цеха

Выбор электродвигателей и их мощности.

Выбор электродвигателей для привода производственных механизмов производим с соблюдением следующих условий:

ь наиболее полное соответствие электродвигателя механизму по механическим свойствам;

ь соответствие электродвигателя параметрам питающей сети;

ь соответствие электродвигателя условиям окружающей среды (по конструктивному исполнению);

ь максимальное использование мощности электродвигателя в процессе работы.

Выбор по мощности производим по условию:

(1.1).

где — номинальная активная мощность электродвигателя, кВт;

— мощность на валу исполнительного механизма, кВт.

Номинальный ток электродвигателя определяется по выражению:

где PН — номинальная мощность двигателя, кВт;

UН — номинальное напряжение, В;

Н — КПД при номинальной нагрузке;

cos ?н?- номинальный коэффициент мощности.

Пусковой ток двигателя:

(1.3).

где кпуск — кратность пускового тока по отношению к IН.

Электроснабжение электропривода производственных механизмов будет осуществляться по одной из схем показанных на рис. 1.(а, б).

Выбор коммутационных и защитных аппаратов.

— условие выбора магнитных пускателей:

Применяем магнитные пускатели серии ПМЛ с тепловыми реле типа РТЛ. Условие выбора магнитного пускателя:

(1.4).

где IНП — номинальный ток пускателя, А;

IНОМ — номинальный ток электродвигателя, A.

— условия выбора теплового реле:

(1.5).

(1.6).

где IН, Т, Р. — номинальный ток теплового реле, А;

IСР.Т.Э. — ток срабатывания теплового элемента реле, А.

Электрические сети и электроприемники необходимо защищать от токов короткого замыкания и от длительных токовых перегрузок.

В качестве аппаратов защиты от коротких замыканий следует широко применять плавкие предохранители.

Автоматы должны устанавливаться только в следующих случаях:

• — необходимость автоматизации управления;
• — необходимость обеспечения более скорого по сравнению с предохранителями восстановления питания, если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключений и отсутствие эффекта ограничения тока короткого замыкания;
• — частые аварийные отключения.

Проанализировав все выше изложенное, принимаем решение — выполнить защиту электродвигателей автоматическими выключателями серии ВА с комбинированным расцепителем, которые выбираются по следующим условиям:

— условия выбора автоматического выключателя:

(1.7).

(1.8).

где IНА — номинальный ток автомата, А;

IН.Т.Р. — номинальный ток расцепителя, А.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя IСР проверяется по максимальному кратковременному току линии IПИК:

(1.9).

Для подключения электроприемников к распределительным шинопроводам необходимо обеспечить защиту отходящих линий, которая осуществляется плавкими предохранителями или автоматическими выключателями.

— условия выбора предохранителя:

Номинальный ток плавкой вставки IВ предохранителя определяется:

1) по величине длительного расчетного тока IР:

(1.10).

где IР — расчетный ток, А.

2) по условию перегрузок пусковыми токами:

(1.11).

где IПИК — максимальный кратковременный (пиковый) ток, A;

— коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска принимается равным 2,5, при тяжелых — 1,6 …2,0, для ответственных потребителей — 1,6.

При выборе предохранителя для одного электродвигателя в качестве IР принимается его номинальный ток IН, а в качестве IПИК — пусковой ток IПУСК.

При числе электроприемников в группе больше одного расчетный ток IР может быть определен по методу расчетных коэффициентов. Исходной информацией для выполнения расчетов по данному методу является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей PН.

Для каждого электроприемника по справочной литературе подбираются средние значения коэффициентов использования Ки, активной (cos ?) ?и реактивной (tg ?) ?мощности. При наличии интервальных значений Ки рекомендуется принимать большее. Расчетная активная нагрузка группы электроприемников определяется по выражению:

(1.12).

где КР — коэффициент расчетной нагрузки.

Величина КР принимается по [1] в зависимости от эффективного числа электроприемников nЭ и группового коэффициента использования Ки.

Эффективное число электроприемников определяется по формуле.

(1.13).

где PНi — номинальная мощность i-го электроприемника, кВт;

n — действительное число электроприемников в группе.

Для группы электроприемников различных категорий, т. е. с разными Ки, средневзвешенный коэффициент использования находится по формуле:

(1.14).

Расчетная реактивная нагрузка группы электроприемников определяется следующим образом:

(1.15).

где кР` - расчетный коэффициент, при.

Тогда расчетный ток для группы электроприемников:

(1.16).

где UH — номинальное напряжение сети, В.

Пиковый ток группы определяется по формуле:

(1.17).

где IПУСК.М. — наибольший из пусковых токов приемников в группе, А;

IНМ — номинальный ток электроприемника, имеющего максимальный пусковой ток, А;

КиМ — коэффициент использования, характерный для приемников с IПУСК.М.

По селективности номинальные токи расцепителей автоматов, расположенных последовательно по направлению потока мощности, должны различаться не менее чем на одну ступень.

— условия выбора питающих линий:

Сечение проводов, питающих электроприемник от РП, определяется по следующим условиям:

1) по допустимому нагреву:

(1.18).

где IДОП — допустимый ток по нагреву, А;

КП — поправочный коэффициент по условиям прокладки. По [3] КП=1.

2) соответствия аппарату максимальной токовой защиты:

(1.19).

где КЗ — принятая в соответствии с ПУЭ кратность IДОП /IЗ; По [3]принимаем для плавкого предохранителя КЗ =0,33; для исспользуемых автоматических выключателей типа ВА 51 Г КЗ =1;

IЗ — номинальный ток (ток срабатывания) защитного аппарата, А.

Покажем выбор электрооборудования на примере.

Пример расчета однодвигательного потребителя — вибрационный пресс РМЕХ=0,6 кВт, обозначенный на плане № 3.

В соответствии с условием (1.1):

Рн 0,6 кВт По [1]выбираем электродвигатель АИР71А4 c PН = 0,75 кВт; cos? н = 0,73; Н = 73%; IП/IН =5.

По формуле (1.2):

По формуле (2.3).

В соответствии с условием (2.4) по [1] выбираем магнитный пускатель ПМЛ 110 004 с IНП = 10 А По условиям (1.5) и (1.6) по [2] выбираем тепловое реле РТЛ100 704 с IН.Т.Р. = 25 А и пределами регулирования тока теплового элемента 1,5−2,6 А.

По условиям (1.7) и (1.8) по [1] выбираем предохранитель ППН33/6.

;

.

По условиям (1.10) и (1.11) по [1] и с учетом выполнения условия селликтивности выбираем предохранитель ППН-33/8 с IВ =8 А.

По условиям (1.18) и (1.19) по [1] на участке ШР-QF выбираем провод АПВ-5(12) с IДОП =15 А.

;

.

По условиям (1.18) и (1.19) по [1] на участке QFM выбираем провод АПВ-5(12) с IДОП =19 А.

;

Двухдвигательный потребитель — радиально сверлильный станок с РМЕХ =3 кВт, обозначенный на плане № 6.

По условию (1.1) по [1] выбираем электродвигатели АИР80A4 c PН = 1,1 кВт; cos? н = 0,81; Н =78%; IП/IН =5,5 и АИР90L4 c PН =2,2кВт; cos? н =0,81;

Н =81%; IП/IН =5,5.

Рн1+ Рн2Рмех;

1, 1+2,2 кВт 3,3 кВт По формулам (1.2) и (1.3) определяем номинальные и пусковые токи электродвигателей данного электроприемника.

;

;

;

.

В соответствии с условием (1.4) по [1] выбираем следующие магнитные пускатели: ПМЛ 110 004 с IНП=10А — для первого электродвигателя.

;

и для второго электродвигателя: ПМЛ 110 004 с IНП=10А По условиям (1.5) и (1.6) по [2] выбираем тепловые реле РТЛ101 204 с IН.Т.Р. = 25 А и пределами регулирования тока теплового элемента 5,5−8,0 А.

;

и РТЛ101 204 с IН.Т.Р. = 25 А и пределами регулирования тока теплового 2,4−4,0 А.

По условиям (1.7) и (1.8) по [1] выбираем для первого двигателя предохранитель ППН33/12.

;

.

Для второго двигателя выбираем предохранитель ППН33/6.

;

.

По [1] для расточного станка определяем средневзвешенный коэффициент использования.

Коэффициент активной мощности cos? н=0,81 коэффициент реактивной мощности tg? н= 0,72.

Так как отношение мощности наибольшего двигателя к мощности наименьшего 2,2/1,1 меньше 3, то принимаем nЭ =n=2.

По[1] определяем коэффициент расчетной нагрузки КР=f (Ки=0,15;nЭ =2) принимаем КР=4,34.

По выражению (1.3) определяем расчетную активную нагрузку:

По выражению (1.6) определяем расчетную реактивную нагрузку:

Расчетный ток группы электроприемников по (17):

Определим кратковременный ток:

По условиям (2.10) и (2.11) по [1] выбираем плавкий предохранитель ППН-33/16 с.

;

По условиям (1.18) и (1.19) по [1] на участке ШР-QF выбираем провод АПВ-5(12) с IДОП =15 А.

;

По условиям (1.18) и (1.19) по [1] на участке QFM1 для первого электродвигателя выбираем провод АПВ-5 (12) с IДОП =15 А.

;

и для второго электродвигателя на участке QFM2 выбираем провод.

АПВ-5(12,5) с IДОП =19 А.

;

1. Электродвигатели, коммутационные и защитные аппараты.

Определение электрических нагрузки для групп электроприемников.

Расчет электрических нагрузок для группы электроприемников произведем методом расчетных.

Разбиваем электроприемники цеха на группы, покажем это в виде таблицы 2.

Таблица 2. Исходные данные расчета эл. нагрузок.

В качестве примера произведем расчет электрических нагрузок для 3-ей группы электроприемников. Данные об электроприемниках, входящих в данную группу, приведены в таблице 2.

По формуле (2.14) определяем групповой коэффициент использования:

По формуле (2.13) определяем эффективное число электроприемников.

Принимаем nЭ = 7.

По [1] определяем коэффициент расчетной нагрузки КР=f (Ки=0,1622;nЭ =7)=1,74.

По выражению (13) определяем расчетную активную нагрузку:

По выражению (16) определяем расчетную реактивную нагрузку.

Расчетный ток группы электроприемников по (17):

Расчет нагрузки для остальных групп электроприемников и всего цеха в целом аналогичен, результаты расчета электрических нагрузок представлены в таблице 3.

Таблица 3. Электрические нагрузки.

Установленная активная мощность осветительной нагрузки помещения определяется по формуле:

где Кс — коэффициент спроса осветительной нагрузки, принимаем Кс=0,95;

Ру — удельная активная мощность осветительной нагрузки;

F — площадь цеха, м²;

n — количество этожей, шт.;

где Рут — удельная табличная активная мощность осветительной нагрузки Ен — фактическая (требуемая) освещенность цеха, лк;

? — КПД осветительной установки устанавливаемой в цехе.

где Р — установленная мощность цеха, кВт;

КF — плотность электрической нагрузки на один м2 производственной площади, принимается КF=0,15.

Принимаем что в ремонтном цеху будут установлены светильники марки РСП-13 — 400,? = 0,71, с лампами ДРЛ 400.

для ДРЛ 400 ;.tg ?=1,732 с кривой силы света Д-1.

Высоту цеха принимаем hp= 4?6 м, и нормируемой освещенностью Ен=400 Лк, принимаем Рут=4,2 Вт/м².

Установленную реактивную осветительную нагрузку определяем по формуле:

(1.24).

Выбор и расчет внутрицеховой электрической сети Схемы электрических сетей должны обеспечивать необходимую надёжность питания потребителей, быть удобными в эксплуатации и при этом затраты на сооружение линий, расход проводникового материала и потери электрической энергии должны быть минимальными.

Цеховые сети делятся на питающие, которые соединяют с ТП цеховые РУ (распределительные панели, щиты, шкафы, шинопроводы, пункты и т. п.), и распределительные, которые служат для питания силовых электроприёмников.

Схемы электрических сетей могут выполняться радиальными и магистральными. Учитывая достоинства и недостатки радиальных и магистральных схем, особенности их эксплуатации, применяются смешанные схемы электроснабжения, которые включают элементы той и иной схемы.

Запитка технологического оборудования, расположенного по производственной площади равномерно и рядами, осуществляется с помощью шинопроводов, которые представляют собой комплектные электротехнические устройства для внутрицеховой сети. Так как условия окружающей среды в цехах нормальные, то распределительные сети выполнены шинопроводами типа ШРА.

Произведём выбор распределительных шинопроводов, распределительных шкафов, силовых ящиков по условию, так чтобы номинальный ток распределительного оборудования не был менее расчётного тока, т. е.

.(1.25).

Произведём выбор распределительного шинопровода для 1-ой и 2-ой и 3-ей групп электроприемников. Номинальный ток шинопровода А1 согласно [1]:

Выбираем шинопровод типа ШРА4−100 с Iном=100 А и ящик типа ЯБПВУ-1м Iном=100 А. В данном ящике установлен предохранитель для защиты шинопровода от ненормальных режимов работы. Произведем выбор предохранителя установленного в ЯБПВУ-1м.

• 1) по величине длительного расчетного тока IР:
• 2) по условию перегрузок пусковыми токами:

Принимаем предохранитель типа ППН-33/80, Iв.=80 А Аналогичный выбор произведём для шинопровода 2-ой и 3-ей группы электроприемников. Шинопровод ШРА4−100, ящик силовой ЯБПВУ-1м, Iном=100 А. Произведем выбор предохранителя установленного в ЯБПВУ-1м.

• 1) по величине длительного расчетного тока IР:
• 2-ая гр. ;
• 3-я гр. ;
• 2) по условию перегрузок пусковыми токами:
• 2-ая гр. ;

3-я гр.

Принимаем для 2-й группы предохранитель типа ППН-33/63, Iв.=63 А, а для 3-й группы ППН-33/25 Iн.п.=100 А, Iв.=31,5А.

Результаты сводим в таблицу 4.

Таблица 4. Распределительные устройства

Произведем выбор предохранителей, защищающих распределительные устройства и расположенные в линейной панели распределительного пункта (РП), и кабелей, питающих РУ от РП.

Выбор производится согласно условиям (1.10), (1.11) для предохранителей и (1.18), (1.19) для кабелей и проводов.

Например, выбираем предохранитель для группы электроприемников № 1:

;

Выбор предохраниеля осуществляем с учетом ступени селективности, принимаем предохранитель: ППН-33 с IВ=100 А По условиям (1.18) и (1.19) по [1] на участке от РП до РУ выбираем кабель проложенный в земле:

;

Принемаем кабель типа АВВГ 1(4?10),.

Таблица 5.

Предохранители и кабели распределительных устройств.

В качестве линейной панели выбираем ПО6−94 с разъединителями и предохранителями 1002+2503, а в качестве вводной — П30 — 94, Iном=600А и с предохранителем ПН2−600/315, Iном. пр=630 А, IВ=315 А.

;

Выбираем линию питающую ремонтно-механический цех от ТП:

;

Принемаем кабель проложеный в земле типа АВВГ 1(4?95), .