Проектирование электрооборудования для нижнего склада лесозаготовительного предприятия

КУРСОВАЯ РАБОТА Проектирование электрооборудования для нижнего склада лесозаготовительного предприятия

• Задание
• Введение
• 1. Проектирование электрического оборудования для цеха
• 2. Проверка двигателя на перегрузочную способность
• 3. Выбор плавких предохранителей, марки и сечений проводов силовой сети
• 4. Расчет осветительной установки цеха
• 5. Определение нагрузки цеха на шины питающей подстанции
• 6. Расчет компенсирующего устройства силовой установки цеха
• 7. Электробаланс
• 8. Выбор трансформаторов
• Заключение
• Список примененных источников

Задание

1. Силовые установки:

выбрать род тока

произвести выбор элетродвигателей (по току, мощности, частоте вращения,

конструктивному исполнению) для производственных механизмов

выбрать пускорегулирующую аппаратуру (ПРА) для всех двигателей

нанести на план цеха двигатели, пусковые аппараты, систему питания элетродвигателей,

схему силовой сети

выбрать плавкие предохранители

2. Осветительные установки

вычертить план цеха в масштабе (без силового оборудования)

выбрать схему освещения, тип светильников, мощность и напряжение ламп

произвести расчет освещения цеха по выбранной норме освещенности

нанести на план цеха распределительные щитки, светильники и осветительную подводку

выбрать предохранители, способ прокладки проводов, их марку и сечение

выбрать понижающий трансформатор для аварийного (ремонтного) освещения

3. Определение нагрузки цеха на линии питающей подстанции

определить потребную цеху активную и реактивную мощности с учетом коэффициента

спроса

определить средний коэффициент мощности силовых установок цеха

определить мощность потребную осветительным установкам цеха с учетом

коэффициента одновременности горения ламп и мощность потерь в проводах

рассчитать компенсирующее устройство для повышения коэффициента мощности

до определенной величины

4. Электробаланс

определить суммарную активную и реактивную мощность потребную всем

цехам предприятия и средний коэффициент мощности предприятия

рассчитать реактивную мощность установки для повышения коэффициента

мощности всего предприятия

подобрать трансформаторы для покрытия всех потребностей

электроустановок предприятия.

электрооборудование цех силовая установка

Лесные склады предназначены для приемки, хранения и отгрузки круглого леса, пиломатериалов и щепы с целью дальнейшей транспортировки и передачи потребителям или в соответствующие цеха деревообрабатывающих и перерабатывающих предприятий. Склады разделяются на лесоперевалочные базы, лесные порты, склады потребителей, нижние склады лесозаготовительных предприятий.

Производственный процесс современных лесозаготовительных предприятий характеризуется перенесением основных технологических функций на нижние лесные склады. В связи с этим функции нижних складов расширились, и сам термин склад утратил свое значение. Современные нижние склады превратились в сложные высокомеханизированные предприятия, на которых осуществляется заготовка и первичная обработка сортиментов, их укладка, хранение и отгрузка потребителям.

Одним из показателей работ на нижнем складе является грузооборот, который определяет количество древесины, поступающей или отгружаемой со склада в течение определенного промежутка времени. Для оптимального использования нижнего склада необходимо, чтобы грузооборот был равен его расчетной пропускной способности. При малом грузообороте работа нижнего склада не эффективна из-за частичной загрузки узлов и механизмов. При этом увеличивается себестоимость готовой продукции. При повышенном грузообороте будет нарушен нормальный технологический режим предприятия, что негативно сказывается на качестве продукции и сроке службы оборудования.

Одной из задач лесозаготовительной промышленности является увеличение производства продукции за счет максимально полного комплексного использования лесного фонда и заготовляемой древесины. Поэтому одним из показателей, характеризующим работу нижнего склада, является степень использования низкокачественной древесины и отходов. С этой целью в шпалорезный цех была установлена линия по переработке горбылей на мелкие пиломатериалы и технологическую щепу.

Большая часть леспромхозов Карелии представляет собой крупные промышленные предприятия, оснащенные новой лесозаготовительной техникой.

Электрические машины и механизмы широко применяются во всех фазах процесса лесозаготовки. Подавляющее большинство механизмов имеет электропривод. Это создает условия для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов.

Наибольшее количество потребителей электрической энергии располагается на нижних складах. Модернизация автоматических и полуавтоматических линий по разделке, окорке, раскряжевке, брикетированию отходов и др. приводит к увеличению спроса электрической энергии на лесозаготовительных предприятиях. Для многих лесозаготовительных и деревообрабатывающих машин и механизмов характерным является резко переменный режим работы. Резко переменный характер нагрузки требует специальных мер по поддержанию постоянства напряжения и частоты тока. В ряде случаев для механизмов с переменными нагрузками целесообразно подбирать двигатели с повышенной перегрузочной способностью.

Проектирование электрической сети связано с определением мест расположения потребителей энергии, величины нагрузок, выбором напряжения, подбором сечений и марок проводов, обеспечивающих надежность электроснабжения и пожаробезопасность. Важными условиями безопасной эксплуатации и возможностью дальнейшего развития электросети без коренного переустройства являются правильный выбор конструкции трансформаторной подстанции и распределительной сети.

Главной задачей курсового проекта является выбор оптимального варианта питания всех электроустановок, машин, освещения, а так же повышения коэффициента мощности всего предприятия. Для обеспечения высокопроизводительной и безопасной работы в каждом цехе необходимо произвести расчет силовой и осветительной сетей, защитного заземления, а так же обеспечить применение технических средств, повышающих коэффициент мощности.

1. Проектирование электрического оборудования для цеха

Выбор рода тока и величины напряжения для силовых установок цеха

Род тока для силовых установок определяется электрическим типом применяемых двигателей. Требованиям технологического оборудования лесозаготовительных предприятий удовлетворяют трехфазные асинхронные двигатели. Поэтому для работы электрооборудования выбран трехфазный переменный ток и напряжение 380/220 В, допускающее питание силовых и осветительных токоприемников от общего трансформатора (четырех проводная система).

Выбор электродвигателей

При выборе двигателя по мощности исходными данными служат характер нагрузки двигателя и режим работы механизма, для которого выбирается двигатель. Для нормальной работы станка необходимо, чтобы мощность двигателя превышала или была равна мощности станка. При выборе конструктивного типа двигателя исходят из условий окружающей среды, в которой он будет работать. Кроме того учитываем, что при работе в цехе деревообрабатывающего предприятия двигатель должен быть защищен от попадания в него пыли и стружек. По условиям работы выбираем двигатели закрытого обдуваемого типа.

Для привода механизмов, работающих в нормальных условиях, выбираем двигатели серии 4А основного исполнения со степенью защиты IP44 и IP54, способ охлаждения ICA0141 (шпалорезный станок ЦДТ-6−3 и устройство по переработке горбылей на мелкие пиломатериалы и технологическую щепу).

Для привода механизмов, работающих в повторно — кратковременных режимах с частыми пусками или пульсирующей нагрузкой (крановые механизмы, подающий транспортер) выбираем двигатели с повышенным скольжением (двигатели АС).

Таблица 1

2. 2. Проверка двигателя на перегрузочную способность

По заданному графику изменения момента механизма, приведенному к валу двигателя, необходимо определить мощность двигателя, необходимую для привода станка, а так же произвести проверку его на перегрузочную способность.

Проверим на перегрузочную способность двигатель шпалорезного станка мощностью Р = 75 кВт, с частотой вращения n = 985 об/мин.

Нагрузочная диаграмма двигателя шпалорезного станка

Номинальный момент двигателя определяем по формуле:

Максимальный (критический) момент:

При пилении двигатель работает с перегрузкой и значительно снижает частоту вращения. Согласно механической характеристике, она составляет n_max = 985 об/мин. Таким образом, при пилении двигатель развивает момент:

При проверке двигателя на перегрузочную способность необходимо чтобы выполнялось условие:

<

Это условие выполняется: 1066 < 1439

Для запуска и управления двигателями выбираем магнитные пускатели серий П и ПТУ защищенного исполнения. Выбор магнитного пускателя производится по номинальной мощности и номинальному току (например, для двигателя 4А225М5УЗ с номинальной мощностью 34 кВт и номинальным током 69 А подходит пускатель П-522).

Схема магнитного пускателя При нажатии кнопки «Пуск» включается реле Р, контактами Р₁ замыкая цепь питания катушки магнитного пускателя МП. Магнитный пускатель срабатывает и контактами МП₁ включает электродвигатель. При выключенном двигателе дополнительное реле Р обесточено. При обрыве линейных проводов В или С отключается реле Р, при обрыве проводов, А или С отключается магнитный пускатель МП. В обоих случаях электродвигатель отключается контактами магнитного пускателя МП₁.

Схема размещения силовых установок цеха

3. Выбор плавких предохранителей, марки и сечений проводов силовой сети

В качестве основного средства защиты от последствий короткого замыкания применяют плавкие предохранители, которые защищают электроаппаратуру от недопустимого перегрева в случае аварии.

Температура проводов при нагрузке током не должна превышать установленных норм.

При коротком замыкании или перегрузке цепи температура провода или кабеля может достигнуть большой величины, в результате чего может разрушиться изоляция, а это в свою очередь может привести к возникновению пожара.

В этом случае необходимо прекратить подачу тока. Плавкие предохранители защищают от недопустимого перегрева, как двигатель, так и питающую его линию. Выключающим элементом в плавком предохранителе является легкоплавкая вставка, которая не должна перегорать при пуске двигателя от его пускового тока, но которая должна плавиться и разрывать цепь, как только ток будет угрожать исправному состоянию изоляции.

Для короткозамкнутых двигателей плавкая вставка выбирается в зависимости от условий пуска. В нашем цехе двигатели работают, как при нормальных условиях пуска (редкие пуски, время разгона 5 ч 10 сек.), так и при тяжелых условиях (частые пуски и время разгона до 40 сек.). Потому для первого случая ток плавкой вставки должен удовлетворять условию:

а для второго случая:

Так как предохранитель защищает двигатель и питающую линию одновременно, то необходимо, чтобы номинальный ток двигателя не превышал длительно допустимый ток для проводов питающей линии:

Предохранитель для магистрали, питающей группу из n двигателей, выбирается по максимальному току, определяемому из выражения:

где K_{одн -} коэффициент одновременности работы двигателей

Расчет плавкой вставки для окорочного станка 2ОК-80

Станок имеет два двигателя с номинальными мощностями 90 и30 кВт.

Номинальные токи двигателей:

Пусковые токи двигателей:

Ток плавкой вставки для каждого двигателя:

выбираем плавкую вставку с

выбираем плавкую вставку с

Предохранитель, устанавливаемый на магистрали, питающей группу из двух двигателей:

где I_маг — максимальный ток магистрали

K_одн — коэффициент одновременности включения двигателей, K = 1

I_н — номинальные токи двигателей данной группы

I_{п max} — максимальный пусковой ток двигателя данной группы.

выбираем плавкую вставку с

Исходя из расчетов, выбираем трубчатые предохранители серии ПР-2 с закрытыми патронами без наполнителя, изготавливаемые на номинальный ток от 100 до 1000 А, рассчитанные для монтажа в электрических установках с номинальным напряжением до 500 В и постоянного тока. Они безопасны в обслуживании, так как плавкая вставка перегорает внутри трубки, при этом процесс гашения дуги ускоряется образованием внутри трубки сильного давления газа.

Предохранители для двигателей других механизмов представлены в расчетной схеме силовой сети.

Выбор сечения и марки проводов

В целях экономии финансовых средств, для данного цеха выбираем совместное питание силовых и осветительных установок.

Сечения проводов и кабелей выбирают с таким расчетом, чтобы провод, обладая достаточной механической прочностью, не перегревался проходящим по нему током выше допустимых значений, а величина падения напряжения в линии обеспечивала нормальное напряжение на зажимах токоприемника. В соответствии с этим сечение провода выбирают по двум направлениям: по условиям нагрева и по падению напряжения.

Выбор сечения проводов осуществляется по току нагрузки и проверяется по формуле:

где L — длина линии, м

Р — мощность потребителя, Вт

г — удельная проводимость, м/Ом · мм²

е — относительные потери, %

U₂ — напряжение в конце линии, В

Для распределения электрической энергии в силовой сети цеха выбираем провод марки АПРИ (с алюминиевой жилой, с резиновой изоляцией, обладающей защитными свойствами по ГОСТ 20 520–80). Провод такой марки предназначен для прокладки в сухих и сырых помещениях.

Т.к. в цехе трехфазная система питания, к каждому двигателю подводим три одножильных провода определенного сечения. Выбранное сечение провода необходимо проверить на допустимые токовые нагрузки по условию нагревания. Сечение считается достаточным, если ток нагрузки не превосходит тока, допустимого для данного сечения провода. Если же фактическая токовая нагрузка превосходит длительно допустимую, то сечение выбирается по току нагрузки.

Выбор сечения провода для бревносбрасывателя СБР4−2

Мощность установленного двигателя 3 кВт, I_н = 7 А, длина провода 24 м.

Сечение по току нагрузки S = 4 мм²

Проверка сечения на потерю напряжения:

С учетом проверки на потерю напряжения выбираем сечение по току нагрузки S = 4 мм.

Сечение проводов остальных механизмов представлены в расчетной схеме силовой сети.

Расчетная схема силовой сети

4. Расчет осветительной установки цеха

Для внутреннего освещения цеха выбрана двухпроводная система и лампы накаливания НГ-50 по ГОСТ 2239–54 с напряжением 220 В.

Расчет освещения

Удельная мощность осветительной установки деревообрабатывающего цеха — 10 Вт/м², следовательно для цеха площадью 840 м² необходимо 42 лампы мощностью 200 Вт.

Выбор способа прокладки, марки и сечения проводов, предохранителей

Для питания светильников внутреннего освещения цеха прокладывают от распределительного щитка четырехпроводные магистральные линии к групповым щиткам. От щитков — двухпроводные линии к светильникам. Лампы по фазам распределяют так, чтобы фазы были нагружены равномерно.

Размещение на плане светильников и осветительной подводки

Расчет сечения проводов и выбор предохранителей для светильников 2-й группы. Определим нагрузку группы:

где Р_л — мощность лампы, Вт

n_л — количество ламп, шт

Рассчитаем сечение по потере напряжения:

Выбираем кабель АВРГ сечением 4 мм².

Проверка выбранного сечения провода на допустимые токовые нагрузки по условию нагревания:

Сечение кабеля выдерживает токовую нагрузку, т.к.:

>

По току I_расч = 6,4 А выбираем предохранитель типа ПР-2 с током плавкой вставки I_вст =10 А.

Марки, длины, сечения проводов и токи плавких вставок

5. Определение нагрузки цеха на шины питающей подстанции

Определение потребной цеху активной и реактивной мощности

Определение среднего коэффициента мощности силовой установки цеха

Для определения потребной цеху активной мощности необходимо определить активную мощнось каждого потребителя:

где K_спр — коэффициент спроса, который определяет в относительных единицах максимальную нагрузку электроприемников.

Потребную реактивную мощность определим оп формуле:

Определение среднего коэффициента мощности силовой установки цеха:

Двигатель окорочного станка мощностью 90 кВт:

cos ц = 0,67; Р_А = 455,55 кВт; Q = 491,3805 кВАр Определение мощности потребной цеху для освещения

где K_одн — коэффициент одновременности.

0,975 — коэффициент, учитывающий потерю мощности в проводах.

6. Расчет компенсирующего устройства силовой установки цеха

Компенсация реактивной мощности позволяет значительно экономить топливно-энергетические ресурсы и денежные средства.

Для деревообрабатывающих цехов характерно заметное превышение реактивной мощности над активной. А это свою очередь приводит к понижению коэффициента мощности цеха, которое является следствием неполной загрузки двигателей и трансформаторов, их холостой работы. Уменьшения реактивных нагрузок в условиях эксплуатации достигают в результате организационно-технических мероприятий, главным образом применяя компенсирующие устройства. Для цехов, имеющих силовые сети напряжением 380 В, наиболее выгодным средством компенсации являются статические конденсаторы.

Для лесозаготовительных предприятий достаточно повысить коэффициент мощности до 0,85 ч 0,9.

При cos ц₂ = 0,9 tg ц₂ = 0,48

Q₂ = (P_сил — Р_осв) · tg ц₂ = (455,55 + 7,722) · 0,48 = 222,37 кВАр

Q_комп = Q — Q₂ = 491,3805 — 222,37 = 269 кВАр

Для компенсации данной реактивной мощности выбираем одиннадцать конденсаторных установок типа КВМ-II-0,38 мощностью 25,2 кВАр

7. Электробаланс

Определение потребной всем цехам нижнего склада активной и реактивной мощности.

Определение среднего коэффициента мощности предприятия.

Активная мощность потребителя рассчитывается по формуле:

Для сушильного цеха она будет равна:

Средний коэффициент мощности равен:

Реактивная мощность:

Реактивная мощность для всех потребителей:

При tgц = 0,48 реактивная мощность равна:

Тогда:

Компенсация реактивной мощности Для нижнего склада достаточно повысить коэффициент мощности до 0,85.

Для компенсации реактивной мощности Q_комп = 437,1 кВАр выбираем конденсаторную установку типа УК-0,38−450 мощностью 450 кВАр.

План нижнего склада с разводкой электрических сетей

1 — место выгрузки хлыстов; 2 — краны; 3 — РМЦ; 4 — гараж; 5 — цех по производству досок; 6 — сушильный цех; 7 — шпалорезный цех; 8 — цех по переработке низкокачественной древесины; 9 — склад готовых досок; 10 — склад шпал; 11 — склад щепы; 12 — понизительные подстанции

8. Выбор трансформаторов

На понизительных подстанциях целесообразна установка двух трансформаторов одинаковой мощности так чтобы они работали с загрузкой 75 ч 80% от номинальной мощности. При такой загрузке они работают с максимальным КПД, а резерв мощности и допускаемая перегрузка трансформаторов позволяет в случае выхода из строя одного из них обеспечить энергией основных потребителей другого. Учитывая, что на данном нижнем складе две понизительные подстанции, которые должны покрыть нагрузку 1,7 МВА, выбираем четыре трансформатора типа ТМ-560/35 номинальной мощностью 560 кВА.

Заключение

В соответствии с поставленной задачей — проектирование электрооборудования для нижнего склада лесозаготовительного предприятия — был выполнен подбор электродвигателей для оборудования цеха, расчет силовой и осветительной сетей. Повышение коэффициента мощности нашего предприятия, рассмотренное в данной работе, имеет важное экономическое значение, так как дает возможность уменьшить установленную мощность трансформаторов и повысить степень их использования, снизить потери напряжения в системе распределения электроэнергии, уменьшить потери активной мощности, увеличить пропускную способность всех элементов электрической системы благодаря снижению величины тока при сохранении прежней активной мощности.

Правильный выбор электродвигателей обеспечивает высокопроизводительную работу оборудования. Расчет сечения кабелей и проводов способствует удешевлению и повышению надежности и долговечности электротехнических установок.

Система электроснабжения предприятия в значительной мере влияет на уровень его автоматизации и механизации. Исходя из этого, основной задачей курсового проекта явилось существенное улучшение структуры производства и энергопотребления шпалорезного цеха и всего нижнего склада в целом.

Список примененных источников

1. Бельский И. Р. Проектирование электрооборудования для лесозаготовительных предприятий. Л.: 1958 г.

2. Воевода Д. К. Нижние лесные склады. Справочник. М.: Лесная промышленность, 1979 г.

3. Пижурин А. А. Электрооборудование и электроснабжение лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий. М.: Лесная промышленность, 1987 г.

4. Пижурин А. А. Справочник энергетика деревообрабатывающего предприятия. М.: Лесная промышленность1982г.

5. Пациора П. П. Электрооборудование и электроснабжение лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий. М.: Лесная промышленность, 1971 г.

6. Бит Ю. А. Технология работ на нижних складах. Л.: 1979 г.

7. Федоров А. А., Каменева В. В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984 г.