Разработка варианта схемы электроснабжения и светотехнический расчет освещения инструментального цеха

механосборочный цех инструментальный электродвигатель

Энергетика нашей страны обеспечивает электроснабжение народного хозяйства и бытовые нужды различных потребителей электрической энергии. Основными потребителями являются промышленные предприятия, сельское хозяйство, коммунальные нужды. 70% всей электроэнергии расходуется на технологические процессы предприятий.

Большое внимание в экономике нашей страны уделяется вопросу электрификации. Электрификация обеспечивает выполнение задачи широкой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, что позволяет усилить темпы роста производительности труда, улучшить качество продукции и облегчить условия труда.

Развитие экономики нашей странны неразрывно связанно с электрификацией всех отраслей народного хозяйства. С ростом промышленного и жилищно-общественного строительства в городах возникает необходимость сооружения новых городских электрических сетей и подстанций, и к ним предъявляются все более высокие требования надежного и бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей.

В дипломном проекте произведём разработку варианта схемы электроснабжения и светотехнический расчёт освещения инструментального цеха, выберем электродвигатели и пусковую аппаратуру, источник питания и его элементы, компенсирующее устройство, ответвления и питающие линии. Дипломный проект выполняем в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ.

В дипломном проекте необходимо спроектировать электроснабжение механосборочного цеха.

1. Краткая характеристика проектируемого цеха

1.1 Описание технологического оборудования

Механосборочный цех предназначен для изготовления и сборки различного измерительного, режущего, вспомогательного инструмента, а также штампов и приспособлений для горячей и холодной штамповки.

Электроснабжение цеха осуществляется от собственной цеховой ТП.

Количество смен — 3. Потребители электроэнергии — 3 категории надёжности электроснабжения. Грунт в районе цеха — суглинки с температурой +10⁰С. Каркас здания сооружён из блоков-секций длинной 6 м каждый. Размеры цеха АВ х Н = 54×24×8 м.

В цеху расположены механизмы и металлорежущие станки серийного производства. Перечень оборудования, которое располагается в цехе, указан в таблице 1.

Таблица 1

1.2 Характеристика окружающей среды

Механосборочный цех относится к сухим помещениям с относительной влажностью воздуха не превышающая 60%. Помещение отапливаемое, критическое значение температуры не поднимается выше +40 ⁰С и не падает ниже +15 ⁰С.

Приточно-вытяжные вентиляции поддерживают микроклимат и поддерживают влажность в цехе. Цех не относится к особои взрывоопасным помещениям, т.к. масло находится в специальном резервуаре. В цехе всё действующее электрооборудование находится внутри помещения, также в самом здании нет взрывоопасных смесей, химически активной среды, токопроводящей пыли, выделение газа или пара. Для того чтобы пыль не оседала на рабочем месте и по всему цеху, что может привести к нежелательным результатам ухудшения здоровья, после каждой работы производят влажную уборку рабочего места.

1.3 Надежность электроснабжения

Надежность электроснабжения в основном зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных элементов системы электроснабжения. Для выбора схемы и системы построения электрической сети необходимо учитывать мощность и число потребителей, уровень надежности не потребителей в целом, а входящих в их состав отдельных электроприемников.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники подразделяются на три категории:

— электроприемники первой категории — это приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства;

— электроприемники второй категории — приемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей;

— электроприемники третьей категории — приемники, несерийного производства продукции, вспомогательные цехи, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные заводы.

В инструментальном цехе расположено оборудование, которое относится к третьей категории по надежности электроснабжения, следовательно, их электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента, не превышает одних суток.

2. Расчет и выбор электрооборудования цеха

2.1 Выбор рода тока и напряжения

На промышленных предприятиях применяется как постоянный ток, так и переменный. Постоянный ток применяется в цехах электролиза, электролитического получения металлов, гальванических цехах и некоторых видах электросварки. Но так как на производстве наибольшее распространение получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, то на большинстве предприятий используется переменный ток.

На производстве в сетях напряжением до 1 кВ получили распространение следующие номинальные напряжения:

— постоянный ток — 6; 12; 27; 45; 60; 110; 220; 440 В;

— переменный однофазный — 6; 12; 27; 40; 60; 110; 220 В;

— переменный трехфазный — 40; 60; 220; 380; 660 В.

Для внутрицеховых электрических сетей наибольшее распространение имеет напряжение 380/220 В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных электроприемников.

Исходя из этого, выбираем трехфазную четырехпроводную сеть переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением 380/220 В.

2.2 Расчет и выбор мощности двигателя

Выбор электродвигателей производим по следующим условиям:

— по напряжению;

— по току;

— по частоте вращения;

— по условиям окружающей среды;

— по мощности.

Выбор по мощности производим по следующему условию:

Р_ном? Р_дв, (1)

где Р_ном — номинальная активная мощность электродвигателя, кВт;

Р_дв — мощность электродвигателя до реконструкции, кВт.

Выбор по частоте вращения производим по следующему условию:

n_ном? n_дв (2)

где n_ном — номинальная частота вращения электродвигателя, мин^-1;

n_дв — частота вращения электродвигателя до реконструкции, мин^-1.

Покажем выбор электродвигателя главного движения к электроприемнику под номером 38 по плану.

По условию (1):

Р_ном? 2,2 кВт По условию (2):

n_ном ?3000 мин^-1

Выбираем электродвигатель типа АИР80В2; з_ном=83%; cosц_ном=0,87; I_п / I_ном=7.

В проектируемом цеху предусмотрена работа кран-балки в повторно-кратковременном режиме, номинальная мощность которой приводится к продолжительному режиму по выражению:

Р_н=Р_п

Р_п — паспортная мощность приемника, Р_п =10 кВт;

ПВ — паспортная продолжительность включения в относительных единицах, ПВ=60%.

По формуле ():

Р_н=10=7,7 кВт Выбираем вентиляторы, каждый из которых должен обеспечить вытяжку воздуха объемом, равным:

Q = V_расч/n,

где n — количество вентиляторов.

Рассчитаем объем воздуха в цехе по формуле:

V_вент= S_ц • h,

где S_ц -площадь цеха, м²;

h — высота цеха, м.

По формуле (4):

V_вент= (24•48)•8=10 368 м?

Рассчитаем необходимую циркуляцию воздуха для поддержания нормальных условий работы в цехе. Так как в данном цехе преобладают металлорежущие станки, то воздух должен меняться 6 раз в час, то есть за час вентиляция обеспечивает вытяжку воздуха, объем которого равен шести объемам воздуха цеха:

V_расч = 6 • V_вент

По формуле (5):

V_расч = 6•10 368= 62 208 м?•ч Рассчитаем объем воздуха, который должен перекачивать вентилятор по формуле (3):

Q₁ = Q₂ = Q₃= Q₄ =62 208/4 = 15 552 м?•ч Выбираем вентилятор типа ВР-86−77−6,3; Q=8,60−17,5 м³/ч; H=800Па.

Определим расчетную мощность двигателей, которые будут приводить во вращение лопасти вентиляторов по формуле:

Р_расч=(Q₁•H/з_в•з_n•t)•10^-3, (5)

где Q₁— объем воздуха, перегоняемый одним вентилятором в час, м³•ч;

Н — давление воздуха, Па, принимаем Н=800 Па;

з_в — коэффициент полезного действия вентилятора, принимаем з_в=0,6;

з_п-коэффициент полезного действия передачи (принимаем, что лопасти вентилятора находятся на одном валу с двигателем, следовательно, з_п=1)

t — время, принимаем t=3600 сек.

По формуле (5):

Р_расч=(15 552•800/0,6•1•3600) •10^-3=5,76 кВт

Рассчитаем мощность двигателей по формуле:

Р=Р_расч•k_зап, (6)

k_зап— коэффициент запаса, принимаем k_зап=1,1.

По формуле (6):

Р=5,76•1,1=6,33 кВт Выбираем электродвигатель типа АИР112М2 с Р_ном=7,5 кВт, з_ном=87,5%; cosц_ном=0,88, I_n / I_ном=7,5.

Выбор электродвигателей к остальным электроприемникам аналогичен, данные заносим в таблицу 2.

Таблица 2

2.3 Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты двигателя

Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления асинхронными электродвигателями. В качестве пусковой аппаратуры применяем магнитные пускатели серии ПМЛ.

Покажем выбор магнитного пускателя к электродвигателю главного движения электроприемника под номером 38 по плану.

Выбор магнитного пускателя производим по условию:

I_{ном п}? I_ном

где I_{ном п} — номинальный ток пускателя, А;

I_ном — номинальный ток электродвигателя, А.

Номинальный ток электродвигателя определяем по формуле:

I_ном=Р_ном/ (v3?U_ном•cosц•з) где U_ном — номинальное напряжение двигателя, кВ;

cosц — коэффициент мощности двигателя, cosц=0,87;

з — коэффициент полезного действия двигателя, з=0,83.

По формуле (8):

I_ном=2,2/ (v3?0,38?0,87?0,83)=4,6 А По условию (7):

I_ном? 4,6 А Выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ-1101 с I_ном= 16А.

— 1 — величина тока пускателя I_ном=16 А;

— 1 — нереверсивный без теплового реле;

— 0 — степень защиты IP00;

— 1- один замыкающий контакт в вспомогательной цепи.

Так как в качестве приводов используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, то они требуют защиты от перегрузки, для чего выбираем тепловые реле.

Выбор теплового реле производим по условию:

I_{ном.т.э.р.}? I_ном (10)

где I_{ном.т.э.р} — номинальный ток теплового элемента реле, А.

По формуле (10):

I_{ном.т.э.р.}? 4,6 А Выбираем тепловое реле типа РТЛ1010 с I_ном.т.р = 25 А, I_{ном.т.э.р}= 4,6 А и пределом регулирования тока несрабатывания от 3,8 до 6 А.

Выбор магнитных пускателей и тепловых реле к остальным двигателям электроприемников аналогичен.

Данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3

В качестве защитной аппаратуры применяем автоматические воздушные выключатели серии ВА.

Выбор защитной аппаратуры к многодвигательному приемнику покажем на примере электроприёмника под номером 38 по плану.

Выбор автоматического воздушного выключателя производим по условию:

I_ном.р? I_дл (11)

где I_дл — длительный расчетный ток, А.

Длительный расчетный ток определяем по формуле:

I_дл=?I_ном (12)

где ?I_ном — сумма номинальных токов электродвигателей входящих в состав приемника, А.

По формуле (12):

I_дл=5,03 А По условию (11):

I_ном.р ?5,03 А Выбираем автоматический воздушный выключатель типа ВА51−31 с I_ном.в=100 А, I_ном.р=16 А.

Выбранный автоматический выключатель проверяем по току срабатывания электромагнитного расцепителя по условию:

I_ср.э.р? 1,25?I_кр (13)

или

k_отс•I_{ном.расц}?1,25•I_кр.

где I_кр — максимальный кратковременный ток, А;

k_отс — кратность тока отсечки, k_отс=10.

Максимальный кратковременный ток определяем по формуле:

I_кр=I_п+I_раб (14)

где I_п — пусковой ток наибольшего по мощности электродвигателя, А;

I_раб — сумма рабочих токов оставшихся меньших по мощности электродвигателей, А.

Пусковой ток главного электродвигателя определяем по формуле:

I_п=I_ном?(I_п /I_ном) (11)

где I_п /I_ном — кратность пуска электродвигателя, о.е.

По формуле (11):

I_п=5,03?7 =35,2 А По формуле (14):

I_кр=35,2 А По условию (13):

10•16 А? 1,25?35,2 А

160 А? 44 А Так как условие выполняется, то автоматический выключатель выбран верно.

Выбор защитной аппаратуры остальным многодвигательным приемникам аналогичен. Данные заносим в таблицу 4.

Таблица 4

2.4 Расчет и выбор сечений проводов и кабелей

Проводники электрических сетей выбираются или проверяются по допустимому нагреву длительным расчетным током I_р по условию:

I_доп? I_р / К_п, (15)

где К_п — поправочный коэффициент на фактические условия прокладки проводов и кабелей (при нормальных условиях прокладки К_п=1).

Для электрических сетей до 1 кВ, как правило, поправочный коэффициент определяют по формуле:

К_п=К₁К₂,

где К₁ и К₂ — коэффициенты, учитывающие фактическую температуру окружающей среды и количество совместно проложенных проводников.

Выбранные по нагреву сечения проводников должны соответствовать их защитным аппаратам, что проверяется по условию:

I_доп? К_з• I_з / К_п,

где К_з — кратность длительно допустимого тока проводника по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата;

I_з — номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата.

Покажем пример выбора питающего гибкого кабеля к электроприёмнику под номером 29 по плану.

По формулам (15) и (17):

I_доп? 27,6/1=27,6 А

I_доп? 1•31,5/1=31,5 А Выбираем гибкий кабель марки КГ-3(1×4) с I_доп=35 А [].

Выбор проводов к многодвигательному приемнику покажем на примере электроприёмника под номером 41 по плану.

Выбор сечения проводов производим по условию:

I_доп? I_дл /К_п., (16)

где I_дл — длительный расчетный ток, А.

Для электроприёмника под номером 1 по условию (16) и (17):

I_доп ?100/1=100 А

I_доп? 1•100/1=100 А

Выбираем провод согласно АПВ-4(150) с I_доп=120 А. Провод прокладываем в пластмассовой трубе диаметром 55 мм.

Выбор проводов к остальным многодвигательным приемникам аналогичен. Данные заносим в таблицу 5.

Таблица 5

3. Расчет силовой сети

3.1 Выбор схемы электроснабжения цеха

Электроснабжение цеха может осуществляться по радиальным и магистральным схемам. Для нашего цеха выбираем смешанную схему электроснабжения. Трансформаторную подстанцию располагаем так, чтобы она не загромождала проход и не препятствовала технологическому процессу, то есть располагаем в удалённом от проходов месте.

Для расчета все оборудование цеха разбиваем на группы. Данные о количестве РУ и запитываемых от них приемников приведены в таблице 6.

Таблица 6

3.2 Расчет электрических нагрузок силовой сети

Расчет силовой нагрузки производим методом расчётных коэффициентов.

Выбираем для каждой группы коэффициент использования активной мощности К_и и коэффициент мощности cosц:

— вентиляторы — К_и1=0,8, cosц₁=0,8;

— станки — К_и2=0,14, cosц₂=0,6;

— тельфер — К_и3=0,3, cosц₃=0,5.

Определяем эффективное число электроприемников, по формуле:

n_э=(?Р_ном)²/?Р²_ном (17)

где (?Р_ном)² — квадрат суммы мощностей, кВт;

?Р²_ном — сумма квадратов мощностей, кВт.

По формуле (17):

Принимаем n_э=26 шт.

Определяем среднее значение коэффициента использования К_и.ср, по формуле:

К_и.ср=(К_и1?Р_ном1+К_и2?Р_ном2+К_и3?Р_ном3)/(?Р_ном1+?Р_ном2++?Р_ном3) (18)

где ?Р_ном1 — сумма мощностей приемников первой группы, кВт;

?Р_ном2 — сумма мощностей приемников второй группы, кВт;

?Р_ном3 — сумма мощностей приемников третьей группы, кВт.

По формуле (18):

К_и.ср=(0,8?4•7,5+0,14•148,54+0,3•11)/ 148,54=0,32

Определяем коэффициент расчётной нагрузки К_р, из таблицы [Королев]:

К_р=f (n_э; К_{и ср})

К_р=f (26; 0,32)=1,0

Определяем активную расчетную нагрузку P_р, кBт, по формуле:

Р_р=К_р? (К_и1?Р_ном1+К_и2?Р_ном2+К_и3?Р_ном3) (19)

По формуле (19):

Р_р=1,0?(0,8?4•7,5+0,14•641,86+0,3•11)=117,1 кВт Определяем расчетную реактивную нагрузку Q_р, по формуле:

Q_р=К_и1??Р_ном1?tgц₁+К_и2??Р_ном2 •tgц₂+К_и3??Р_ном3 •tgц₃ (20)

где tgц₁ — коэффициент реактивной мощности приемников первой группы, tgц₁=0,75;

tgц₂ — коэффициент реактивной мощности приемников второй группы, tgц₂=1,33;

tgц₃ — коэффициент реактивной мощности приемников третьей группы, tgц₃=1,73.

По формуле (20):

Q_р=(0,8?4•7,5?0,75+0,14•641,86?1,33+0,3•11•1,73) =143,22 квар Определяем полную расчетную нагрузку S_р, кВА, по формуле:

(21)

По формуле (21):

184,9

Определяем расчетный ток I_р, А, по формуле:

I_р=S_р/(?U_ном) (22)

По формуле (22):

I_р=184,9/(•0,38)= 284,6 А Аналогично рассчитываются нагрузки по группам приемников. Сводная ведомость нагрузок представлена в таблице 7.

Таблица 7

3.3 Расчет и выбор шинных сборок и распределительных пунктов

В качестве распределительных устройств применяем шинопроводы ШРА.

Покажем выбор шинопровода на примере ШР1.

Основные технические параметры шинопроводов:

— номинальный ток;

— номинальное напряжение;

— ударный ток;

— степень защиты.

Шинопровод выбираем по условию:

I_{ном.ш.р.}? I_р (23)

где I_ном.ш.р — номинальный ток шинопровода, А.

По условию (23):

I_{ном.ш.р.}? 160 А Выбираем шинопровод типа ШРА4−250 с I_ном.ш.р=250 А. Аналогичного типа выбираем шинопроводы ШР2, ШР3 типа ШРА4−100 с I_ном.ш.р=100 А.

Выбор распределительного пункта РП производим по следующим условиям:

по номинальному току электромагнитного расцепителя вводного автоматического выключателя;

по количеству линейных автоматических выключателей;

по степени защиты от окружающей среды.

Покажем выбор распределительного пункта на примере РП1.

Выбор линейного автоматического выключателя производим по условию (11):

I_{ном. р.}? 18,99А По выбираем распределительный пункт типа ПР85 004 укомплектованный двумя линейными выключателями типа ВА51−31 с I_ном.р=20А, I_ном.в=100А.

Выбор остальных РП производим аналогично, данные заносим в таблицу 8.

3.4 Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты силовой сети

Покажем пример выбора автоматического воздушного выключателя к ШР1 по плану.

Автоматический воздушный выключатель выбираем по условию:

I_ном.р? I_р

По формуле (24):

I_ном.р? 160 А Выбираем автоматический воздушный выключатель типа ВА51−33 с I_ном.в=160 А, I_ном.р=160 А.

Таблица 8

3.5 Расчет сечения питающих проводов и кабелей

Покажем пример выбора питающего провода к РП1 по плану.

Выбор сечения питающего провода производим по условиям (15) и (17):

I_доп? 18,99/1=18,99 А

I_доп? 1•20/1=20 А Выбираем провод АПВ-4(12,5) с I_доп=19 А. Провод прокладываем в пластмассовой трубе диаметром 20 мм.

Аналогично выбираем питающие провода к остальным РП и ШР. Данные заносим в таблицу 9.

Таблица 9

4. Расчет электрического освещения

Существуют следующие виды освещения: рабочее, аварийное, безопасности. Рабочее освещение устраивается во всех помещениях и создаёт на рабочих поверхностях нормируемую освещённость; аварийное освещение позволяет не прекращать работу в случае аварии в сети обычного освещения; освещение безопасности даёт возможность людям легко и уверенно выйти из здания при аварии в сети обычного освещения.

Для общего освещения помещений должны преимущественно применяться газоразрядные лампы.

Устройство рабочего электрического освещения обязательно для всех помещений независимо от устройства в них других видов освещения.

Следует отметить, что уровни освещённости, рекомендуемые в наиболее развитых странах мира, достаточно высоки и составляют 250−1000 лк.

Крепление светильников в производственных помещениях рекомендуется предусматривать как комплектный индустриальный узел, решаемый, как правило, совместно с конструкциями для прокладки сети.

Подвесные светильники общего освещения, устанавливаемые на потолках или фермах, как правило, крепятся к последним со свесом не более 1,5 м. Увеличение свеса этих светильников может предусматриваться в случаях: если необходимо в целях обеспечения доступа к светильникам для обслуживания; когда это позволяет улучшить экономические показатели установки без ухудшения качества освещения.

Светотехническая часть расчётов осветительной установки в главной мере предопределяет технико-экономическую эффективность проектируемых установок, и её целевой задачей являются такие выбор и размещение светильников, при которых достижение нормируемых количественных и качественных параметров было бы обеспечено при минимальных затратах на сооружение и эксплуатацию установок. Расчётам должен предшествовать подготовительный этап, заканчивающийся выбором способа расчёта.

Расчётная высота подвеса светильников находится по формуле:

(26)

где Н — высота помещения, м;

h_p — высота рабочей поверхности над полом, м;

h_c — расстояние от точки крепления до светильника, м.

Из названных размеров Н и h_p являются заданными, а h_c принимается в пределах от нуля (при установке на потолке) до 1,5 м.

При общем равномерном освещении отношение расстояний между соседними светильниками или рядами светильников L к высоте их установки H_p над освещаемой поверхностью рекомендуется выбирать в зависимости от типа кривой силы света светильников. Расстояние от крайних рядов светильников до стен принимается в пределах 0,3…0,5 от L, в зависимости от наличия вблизи стен рабочих мест.

Число рядов светильников R определяется по формуле:

(27)

где В — ширина помещения, м;

l — расстояние от крайних светильников до стен, м.

Число светильников в ряду N_R находится из выражения:

(28)

где, А — длина помещения, м.

При освещении, выполненном рядами люминесцентных светильников, для расчёта освещённости следует, исходя из требований строительной и технологической части проекта, задаться числом рядов светильников, а также типом и мощностью лампы, что определит её световой поток. Число требуемых светильников в ряду находят по выражению:

(29)

где m — число ламп в светильнике, шт.;

R — число рядов, шт.

Найденные значения R, N_R округляются до ближайшего целого числа.

Действительные расстояния между рядами светильников и лампами в ряду находятся по формулам:

(30)

(31)

После выполненных расчётов окончательное уточнение расположения светильников производиться на вычерченном в масштабе плане помещения.

Высота помещения — 8 м. Высоту рабочей поверхности над полом примем равной 0,8 м. Расстояние от точки крепления до светильника — 1 м. По формуле (32) вычисляем значение расчётной высоты подвеса светильников.

По формуле (26):

Н_р=8−0,8−1=6,2 м

Для освещения данного помещения будем применять светильники имеющие тип кривой силы света Г-1, поэтому отношение расстояний между соседними светильниками к расчётной высоте их установки принимаю L/H_p=0,9 м. Исходя из этого, предварительно рассчитываем расстояния между соседними светильниками и от крайних светильников до стен.

L=0,9•6,2=5,58 м

l=0,4•5,58=2,23 м Далее определяем число рядов светильников и число светильников в каждом ряду по формулам (27) и (28) соответственно:

Действительные расстояния между рядами светильников и лампами в ряду находятся по формулам (30) и (31):

м

м Расчет мощности ламп производим методом коэффициента использования светового потока.

Световой поток одной лампы определяют по формуле:

(32)

где Е — нормируемая наименьшая освещенность, лк;

К — коэффициент запаса (для люминесцентных ламп К=1,5−2);

F — освещаемая площадь, м²;

z — отношение средней освещённости к минимальной (z=1,1…1,15);

N — количество светильников, шт;

з — коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока для каждого типа светильника определяют в зависимости от коэффициентов отражения потолка с_п, стен с_с, рабочей поверхности с_р, а также в зависимости от индекса помещения.

Индекс помещения находят по формуле:

(33)

где, А — длина помещения, м;

В — ширина помещения, м.

По найденной величине светового потока Ф подбирают мощность лампы.

Для определения коэффициента использования светового потока определим первоначально индекс помещения по формуле (33):

Коэффициент использования светового потока определяем по условию:

з=f (с_п;с_с;с_р;i) (34)

где з — коэффициент использования светового потока.

Этот коэффициент является основой данной методики и определяется как отношение светового потока падающего на рабочую поверхность к световому потоку осветительного прибора. Этот коэффициент принимается по таблице и зависит от коэффициентов отражения стен, потолка и пола, а также индекса помещения и типа КСС используемых светильников.

с_п, с_с, с_р — коэффициенты отражения поверхностей потолка, стен, расчетной поверхности, %. Принимаем с_п=50%, с_с=50%, с_р=10%.

По условию (34):

з=f (50;50;10;)=0,83

Освещаемую площадь определяем по формуле:

F=А?В (35)

По формуле (35):

F=54?24=1296 м²

Для данного помещения задана минимальная освещённость Е=250 лк, число светильников по результатам предыдущих расчётов N=10•5=50шт.

Расчёт светового потока одной лампы проведём с учётом следующих коэффициентов: коэффициент запаса K=1,5; отношение средней освещённости к минимальной z=1,1.

По формуле (32):

По рассчитанному значению потока одной лампы выбираем стандартные источники света — светильники РСП05 с лампами ДРЛ 250. Номинальный световой поток выбранного источника света Ф_ном=13 000 лм.

Выбираем провод согласно АПВ-3(14) с I_доп=38 А.

Установленную мощность ламп Р_уст, Вт, определяем по формуле:

Р_уст=Р_л?N (36)

По формуле (36):

Р_уст=250?50=12 500 Вт Расчетную активную мощность осветительной нагрузки Р_р.о, кВт, определяем по формуле:

Р_р.о=К_п?К_со?Р_уст., (37)

где К_со — коэффициент спроса осветительной нагрузки. Принимаем К_со=0,95 [];

К_п — коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующих аппаратах. Для ламп типа ДРЛ принимаем К_п = 1,1.

По формуле (37):

Р_р.о=1,1?0,95?12,5=13,06 кВт Определяем расчетную реактивную мощность осветительной нагрузки Q_р.о, квар, по формуле:

Q_р.о=Р_р.о?tgц_о (38)

где tgц — коэффициент реактивной мощности освещения.

Для ламп ДРЛ tgц=1,44, при cosц=0,57 [].

По формуле (38):

Q_р.о=13,06?1,44=18,81 квар Полную расчетную осветительную нагрузку S_р.о, кВА, определяем по формуле:

(39)

По формуле (39):

Расчетный ток осветительной сети I_р.о, А, определяем по формуле:

I_р.о=S_р.о/(?U_ном) (40)

По формуле (40):

I_р.о=22,8/(1,73?0,38)=35 А Так как на данном участке число работающих превышает 50 человек, то необходимо предусмотреть аварийное освещение. Это освещение должно создавать в проходах освещенность 0,5 лк в зданиях.

Аварийное освещение для эвакуации людей необходимо:

в местах, опасных для прохода людей;

по путям эвакуации людей из производственных и общественных зданий, где пребывает более 50 человек;

в производственных помещениях с постоянно работающими людьми, выход из которых в темноте опасен из-за продолжения работы оборудования.

Аварийное освещение может осуществляться лампами накаливания или люминесцентными, но не лампами ДРЛ.

Светильники аварийного эвакуационного освещения располагаем между рядами ламп рабочего освещения, по четыре в ряду, количество рядов Nр, шт, Nр=5, количество светильников Nсв, шт, Nсв=20.

По (32) определяем световой поток одной лампы Фл, лм:

Ф=(0,5?1,5?1296?1,1)/(12?0,83)=107,3 лм Выбираем лампу накаливания Б 215−225−25 с Р_л=25 Вт, Ф_л=220 лм.

В качестве щитка освещения выбираем распределительный пункт серии ПР8501−002 с шестью однополюсными выключателями модели ВА51−29.

5. Электроснабжение цеха

5.1 Компенсация реактивной мощности

Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели, сварочные и силовые трансформаторы, индукционные печи, газоразрядные лампы и другие электроустановки.

Снижение потребления реактивной мощности осуществляется естественным и искусственным путями, но так как значительное снижение реактивной мощности естественными путями невозможно, применяют искусственные пути — с помощью специальных компенсирующих устройств.

Определяем мощность компенсирующего устройства Q_к.у, квар, по формуле:

Q_к.у=Р_р?(tgц₁-tgц₂) (41)

где Р_р? — суммарная расчетная активная мощность, кВт;

tgц₁ — коэффициент реактивной мощности до компенсации;

tgц₂ — коэффициент реактивной мощности после компенсации.

Принимаем для соsц₂=0,95, tgц₂=0,33.

Определяем суммарную расчетную активную мощность по формуле:

Р_р?=Р_р+Р_р.о (42)

где Р_р — активная расчетная нагрузка, кВт.

По формуле (42):

Р_р?=117,1+13,06=130,16 кВт

Коэффициент реактивной мощности до компенсации определяем по формуле:

tgц₁=Q_p? /P_p? (43)

где Q_р? — суммарная расчетная реактивная мощность, квар.

Суммарную расчетную реактивную нагрузку определяем по формуле:

Q_р?=Q_р+Q_р.о (44)

где Q_р — реактивная расчетная нагрузка, квар.

По формуле (44):

Q_р?=143,2 +18,81 =162,03 квар По формуле (43):

tgц₁=162,03/130,16=1,24

По формуле (41):

Q_к.у=61,15?(1,24−0,33)=119,53 квар Выбираем конденсаторную установку типа УКН-0,38−150УЗ с Q_к.у=150 квар.

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховой подстанции

Так как участок относится к третьей категории надёжности электроснабжения, то для питания электроприемников применяем один силовой трансформатор.

Трансформатор выбираем по условию:

S_ном.т?S_р' (45)

где S_ном.т — номинальная мощность трансформатора, кВА;

S_р' - полная расчетная нагрузка, кВА.

Полную расчетную нагрузку определяем по формуле:

(46)

По формуле (46):

Выбираем трансформатор типа ТМ-160/10 с S_ном=160 кВА;

?Р_ст=0,42кВт; ?Р_м=1,97 кВт; U_к.з.=4,5%; I_хх=2,4%.

Проверяем правильность выбора трансформатора по коэффициенту загрузки в:

в=S_p'/S_ном (47)

По формуле (47):

в=124,8/160=0,78

Так как в=0,78 и меньше чем 0,95, то трансформатор выбран правильно.

5.3 Выбор вводной аппаратуры и вводного кабеля

Выбор элементов источника питания производим по рисунку 1.

Рисунок 1

Выбор автоматического воздушного выключателя QF1 производим по условию:

I_ном.р? I_р' (48)

где I_ном.р — номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя, А;

I_p' - расчетный ток, А.

Расчетный ток определяем по формуле:

I_p'=S_p'/(?U_ном) (49)

По формуле (49):

I_p'=284,6 /(1,73?0,38)=437 А По условию (48):

I_ном.р? 437 А Выбираем автоматический воздушный выключатель типа ВА51−39 с I_ном.в=630 А, I_ном.р=500 А.

Выбор трансформатора тока производим по условиям:

U_{ном ТА}? U_ном (50)

I_{ном ТА1}? I_р' (51)

где U_{ном ТА} — номинальное напряжение трансформатора тока, В;

I_{ном ТА1} — номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А.

По условиям (50),(51):

U_{ном ТА}? 0,38 В

I_{ном ТА1}? 437 А Выбираем трансформатор тока типа ТШН-0,66 с U_{ном ТА}=0,66 кВ, I_{ном ТА1}=600 А.

Автоматический воздушный выключатель QF2 выбираем по условию:

I_{ном р}? I_р.о (54)

По условию (54):

I_{ном р} ?35 А Выбираем автоматический воздушный выключатель типа ВА51−31 с I_{ном в}=100 А, I_{ном р}=40 А.

Провод питания рабочего щита освещения выбираем по условиям (15) и (17):

I_доп ?35 /1=35 А

I_доп ?40?1/1=40 А Выбираем провод АПВ-3(18) с I_доп =40 А. Провод прокладываем в пластмассовой трубе диаметром 45 мм.

Автоматический воздушный выключатель QF3 выбираем по условию:

I_{ном р} ?1,3• I_{ном к.у} (57)

где I_{ном к.у} — номинальный ток компенсирующего устройства, А.

Номинальный ток компенсирующего устройства определяем по формуле:

I_{ном к.у}=Q_к.у / (?U_ном) (58)

По формуле (58):

I_{ном к.у}=150 /(1,73?0,38)=230,7 А

По условию (57):

I_{ном р} ?1,3•230,7=300 А Выбираем автоматический воздушный выключатель типа ВА57−37 с

I_{ном в}=400 А, I_{ном р}=320 А .

Провод питания компенсирующего устройства выбираем по условию (15) и (17):

I_доп ?230,7 /1=230,7 А Выбираем провод АПВ-4(1160) с I_доп =255 А. Провод прокладываем в пластмассовой трубе диаметром 250 мм.

5.4 Расчет заземляющего устройства

Защитное заземление — это преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящейся под напряжением, с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных величин напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием одной из фаз на корпус электрооборудования и соответственно проходящего через тело человека тока.

В случае пробоя одной из фаз электросети на корпус электродвигателя благодаря защитному заземлению напряжение прикосновения, под которое может попасть человек, прикоснувшись к корпусу, значительно снижается.

На участке в качестве заземляющих проводников используются естественные заземлители — электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного назначения.

Для соединения станков с заземляющим контуром в качестве заземляющих проводников используется полосовая сталь.

Для соединения электродвигателей и другого электрооборудования с заземляющим контуром в качестве заземляющих проводников используется медные проводники. Заземляющие проводники проложены открыто, с хорошим доступом для осмотра.

По расположению относительно корпусов электрооборудования различают два вида заземления — выносное (сосредоточенное) и контурное (распределенное).

При выносном заземлении заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой находится электрооборудование.

На участке используется контурное заземление, при котором одиночные заземлители размещены по контуру (периметру) производственной площадки. В аварийных ситуациях при таком виде заземления напряжение прикосновения и шага характеризуются небольшими значениями и, следовательно, достигается максимальная безопасность.

Рассчитываем величину искусственного заземления, в качестве которого применяем вертикальные стержни длиной 5 м, диаметром 12 мм, расположенные на расстоянии 5 м друг от друга и соединенные стальной полосой 404 мм на глубине 0,5 м.

Сопротивление одного стержня R_ст, Ом, определяем по формуле:

R_ст=0,227с_расч. (60)

где с_расч — расчетное значение удельного сопротивления грунта, Ом•см.

Расчетное значение удельного сопротивления грунта определяем по формуле:

с_расч= с_уд.•ш (61)

где с_уд — удельное сопротивление грунта, Ом•см.

Принимаем с_уд=10 000 Ом•см [8]

ш — коэффициент сезонности. Принимаем ш=1,45.

По формуле (61):

с_расч=10 000•1,45=14 500 Ом•см По формуле (60):

R_ст=0,227•14500=32,92 Ом.

Определяем теоретическое число заземлителей n_теор, по формуле:

п_теор =R_ст /R_з (62)

где R_з — сопротивление заземляющего устройства, Ом. Принимаем R_з=4 Ом.

По формуле (62):

п_теор =32,92/4=8,23 шт.

Принимаем n_теор=9шт.

Действительное число заземлителей п_расч, определяем по формуле:

п_расч=R_ст /(R_з •з_з) (63)

где з_з — коэффициент экранирования заземлителей. Принимаем з_з=0,55.

По формуле (63):

n_расч=32,92/(4•0,55)=14,96

Принимаем n_расч= 15шт.

6. Технико-экономические расчеты

6.1 Планирование электрической нагрузки цеха

6.1.1 Расчет годовой потребности в электрической энергии

Потребность в электрической энергии на технологические нужды определяется исходя из максимальной активной мощности технологического (силового) оборудования по формуле:

(64)

По формуле (64):

=

где: Р^ТН_Г — максимальная активная мощность силового оборудования; кВт (из задания) Ф^ТН — годовой действительный фонд времени работы оборудования; час (приложение 1)

Потребность в электроэнергии на хозяйственные нужды складывается из потребностей на освещение и на мелкомоторные нагрузки.

Годовая потребность в электроэнергии на освещение определяется по формуле:

(65)

По формуле (65):

=

где Ф^О — число часов работы осветительных токоприемников (приложение 1)

На основании рассчитанных данных строится энергобаланс цеха:

Таблица 10. — Энергобаланс цеха

Потери электроэнергии условно принимаем в размере 9% от полезного расхода, в том числе:

— в цеховых сетях и трансформаторах — 30% от общей величины потерь;

— в двигателях — 20% от общей величины потерь;

— в рабочих машинах — 50% от общей величины потерь

6.1.2 Расчет платы за потребляемую электроэнергию

Плата за потребляемую электроэнергию определяется по двух ставочному тарифу по формуле:

Пэл.=12•а•Ракт.+в•Эг. (67)

По формуле (67):

Пэл.= 12•61,15•105,214+0,978•374 600=443564,8 тыс. руб.

где: а — ежемесячная ставка за 1квт максимальных нагрузок равная руб.

Ракт. — максимальная активная мощность заявленная энергосистеме, кВт.

в — ставка за 1 кВ потребляемой электроэнергии учтенной счетчиком, равная руб.

Эг — количество потребляемой электроэнергии, кВт•ч.

Суммарная максимальная активная мощность токоприемником определяется по формуле:

Ракт.= Р^тнакт. +Р⁰акт.

По формуле (68):

Ракт.= 48,09+13,06 =61,15 кВт

6.2 Расчет численности персонала энергохозяйства цеха

6.2.1 Расчет трудоемкости ремонтных работ

Трудоемкость ремонтных работ определяется исходя из годового объема ремонтных работ и норм времени по формуле:

Тр = Vk•фk+Vc•фc+Vm•фm (69)

где: Vk, Vc, Vm — годовой объем ремонтных работ на капитальный, средний и текущий ремонт.