Силовое электрооборудование цеха

Основные технико-экономические показатели Длина цеха 54 м.

Ширина цеха 48 м.

Производственная площадь 2592 м².

Климатическая зона 2.

Категория электроснабжения 2.

Схема электроснабжения.

Сеть трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью.

Напряжение сети 380/220.

Частота сети 50 Гц.

Общая мощность электроприемников:

Активная 468,9 кВт.

Реактивная 413 кВар.

Полная 660,37 кВА.

Общее количество электроприемников 98 шт.

Краткие сведения о технологическом процессе.

• 2 Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта, настройки электромеханических приборов, выбывающих из строя.
• 3 Он является одним из цехов металлургического завода, выпускающего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два участка, в которых установлено необходимое оборудование: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и пр.
• 4 Потребители цеха имеют 2 категорию надежности ЭСН.
• 5 РМЦ получает ЭСН от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до цеховой ТП — 0,9 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП 14 км. Напряжение на ГПП 6 и 10 кВ.
• 6 Благодаря хорошей вентиляции и правильному распределению оборудования на площади цеха окружающая среда в цехе считается нормальной.
• 7 Проектируемый цех работает в две смены по 5 дневной рабочей неделе.
• 8 Основные механизмы работают в продолжительном режиме (станки, вентиляторы). Кратковременном (балки, краны).
• 9 Элекроприемники, относящиеся ко второй категории — это такие электоприемники, перерыв электроснабжения которых не более 2 часов, что приводит к массовому простою рабочих, механизмов промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
• 10 Для электрического приемника второй категории нарушение электроснабжения возможно на время, необходимое для включения резервного питания действиями персонала. Допускается питание электрического приемников второй категории по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более одних суток. Кабельные вставки должны выполнятся 2 кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току воздушной линии. Допускается питание электрического приемника второй категории по 1 кабельной линии, состоящей не менее чем из 2 кабелей присоединенных к одному общему аппарату.
• 11 В соответствии с ГОСТ 21 128–37 для питания силовых осветительных сетей предусмотрены следующие нормы напряжения до 1000 В, при переменном токе 12, 36, 127, 220, 380, 660 В. Питание двигателей ремонтно-механического цеха (РМЦ) осуществляется напряжением 220, 380 В. На стороне высокого напряжения принимаем 10 кВ как экономически более выгодное по сравнению с напряжением 6 кВ. Величина напряжения питания осветительной установки принимается равной 220, 380 В.

Описание строительной части проектируемого цеха и характеристика окружающей среды.

Здание цеха выполнено из сборных железобетонных конструкций. Колонны сечением 500×500 мм располагаются с шагом 6000 мм (6 м), ширина пролетов 24 и 24 м. Высота здания цеха от нулевой отметки до нижнего пояса ферм -6 м. Количество пролетов 2. Так же в цехе предусмотрено аварийное освещение в случае отключения электроэнергии в цехе, цех не пожароопасен. Тепловой режим цеха в зимнее время поддерживается с помощью отопительных радиаторов от центральной котельной. Температура воздуха цеха составляет 250С, влажность воздуха 65%, давление 750 мм.рт.ст. Окраска стен масляной краской светлых тонов. У входа в цех предусматривается световые табло с названием цеха.

Проезжая часть вокруг цеха, пешеходные дорожки асфальтированы освещены, для чего предусмотрено наружное освещение. В целях улучшения экологии вокруг цеха посажены деревья и газоны.

Характеристика электроприемников цеха.

В цехе расположены потребители которые питаются от трехфазной четырехпрововодной сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 380/220 В. Электроприемники в цехе могут работать в трех режимах: продолжительном, кратковременном, повторно-кратковременным:

• 1. продолжительным — это такой режим при котором электроприемник работает более 2 часов. В этом режиме работают электродвигатели вентиляторов.
• 2. Кратковременный режим работы — это такой режим при котором двигатели работают более 10 мин, но менее 2 часов. В этом режиме работает большинство электроприводов станков.
• 3. Повторно-кратковременный режим — это режим при котором электродвигатель работает не более 10 мин. В этом режиме работают электродвигатели, грузоподъемные механизмы.

Выбор схемы конструктивных элементов силовой сети.

Радиальные схемы характеризуются тем, что питание подаётся на общий щит цеха, который обычно устанавливается в помещении низкого напряжения, а отходящие линии от него идут на групповые распределительные пункты или же непосредственно на электроприёмники большой мощности. От групповых распределительных пунктов отходящие линии идут непосредственно на электроприёмники. Данная схема обеспечивает большую надёжность электропитания, простоту в эксплуатации, однако, схема требует значительных материальных затрат.

Магистральная схема применяется при равномерном распределении нагрузки на площади цеха. Они не требуют установки распределительного щита на подстанции и энергия распределяется по совершенной схеме «Трансформатор-магистраль», что упрощает и удешевляет сооружение цеховой подстанции. Монтаж магистральных схем выполняется сборными конструкциями магистральных шинопроводов, которые прокладываются на высоте 5,5 м и распределительными шинопроводами, которые устанавливаются на высоте 2,5 м от пола, что обеспечивает ускорение монтажа и удешевление по стоимости.

Исходя из вышеприведенного описания я выбираю магистральную схему электроснабжения цеха.

Электрический расчет силовой сети:

Таблица 1 — Технические данные электрооборудования прессового участка цеха.

Поз. Обоз.	Наименование электроприёмника.	Кол.	Pн, кВт.	Iн, А.		Iп, А.	Ки.	cos.	tg.
	Плоско-шлифовальный.			39,8.			0,16.	0,65.	1,17.
	Пресс гидравлический.			18,3.		91,5.	0,17.	0, 5.	1,73.
	Печь сопротивления.			80,1.		400,5.	0,8.	0,95.	0,33.
	Копировально-фрейзерный станок.			50,7.		253,5.	0,16.	0,6.	1,33.
	Токарный станок.						0,16.	0,5.	1,73.
	Продольно-строгальный.			21,1.		105,5.	0,17.	0,65.	1,17.
	Заточный станок.		2,2.	5,1.		25,5.	0,17.	0,65.	1,17.
	Радиально-сверлильный станок.			23,4.			0,17.	0,65.	1,17.
	Сверлильная установка.		2,2.	8,4.			0,12.	0,4.	2,15.
	Кран-балка 5 т. ПВ 40%.		6,25.				0,1.	0,5.	2,31.
	Электропривод ворот.		0,12.	0,37.		1,85.	0,05.	0,5.	1,73.
	Электрокалорифер						0,8.	0,95.	0,33.
	Фрезерный станок.			48,7.		243,5.	0,14.	0,5.	1,73.
	Приточно-вытяжная вентиляция.						0,6.	0,8.	0,75.

— Расчет ответвлений к токоприемникам.

Рассчитать номинальный и пусковой ток каждого электроприёмника.

А где: Рп — номинальная мощность, Вт. Uн — номинальное напряжение, В. cosц — коэффициент мощности. %.

Номинальный ток электроприёмников с повторным включением определяется по формуле:

.

где:

Пусковой ток определяется:

Iп = к · Iн где: к — расчетный коэффициент.

к = Iп / Iн.

Для асинхронных двигателей серии А, АО к=5.

1. Плоско-шлифовальный станок Pн = 17 кВт:

А;

Iп = 5 · 39,8 = 199А.

Номинальные и пусковые токи остальных электроприёмников цеха определяются аналогично и расчеты сведены в таблицу № 1.

Рассчитаем и выберем плавкие предохранители к электроприёмникам:

Выбор плавких вставок для предохранителей производится по формуле:

А, где Iн — номинальный ток, А;

К — кратность пускового тока к номинальному.

1. Плоско-шлифовальный станок, Iн = 39,8 А:

А.

По таблице выбираем предохранитель типа ПН2−100, Iн = 100 А, с плавкой вставкой на 80 А;

Iст. пл. вст.>Iпл.вст., 80> 79,6 А, 80 > 79,6 А.

— Расчет плавких ставок и выбор предохранителей для остальных токоприемников цеха осуществляется аналогично. Результаты сведены в таблицу 2.

Таблица 2 — Предохранители для защиты электроприемников.

Выбираем провод к электроприёмникам для подключения их к распределительному шинопроводу:

Выбор провода производится по номинальному току электроприёмника, при условии, что длительно-допустимый ток кабеля должен быть больше номинального тока электроприёмника, т. е. Iд. д.>Iн.

1. Плоско-шлифовальный, Iн = 39,8 А.

Выбираем провод АПВ-380, способ прокладки три провода в трубе, сечением 10 мм².

Выбираем трубу по таблице диаметром 20 мм, Iд, д. = 47 А, Iд, д,>Iн,.

47 > 39,8 А АПВ-3 (1−10) Тш20.

Расчет ответвлений для остальных токоприемников цеха осуществляется аналогично. Результаты расчетов сведены в таблице 3.

Таблица 3 — Кабельный журнал.

— Расчет питающей сети ШРА 1.

Таблица 4 — Технические данные электрооборудования.

Все электроприёмники разбивают на характерные группы электроприёмников с одинаковыми коэффициентами использования Ки.

1. По каждой группе определяем номинальную суммарную мощность:

Pн1 = 3· 5+3·12 +3· 14 +2· 3,4 +1· 30= 129,8 кВт.

Pн2 = 2· 55 = 110 кВт.

2. По таблице для каждой группы электроприёмников определяем Ки:

Ки1 = 0,156.

Ки2 = 0,6.

3. Определяем среднюю активную мощность по каждой группе электроприёмников:

Pсм = Ки · Pн, кВт.

Pсм1 = 0,156 · 129,8 = 20,25 кВт.

Pсм2 = 0,6 · 110 = 66 кВт.

4. Определяем среднюю реактивную мощность по каждой группе электроприёмников:

Qсм = Pсм · tgц, кВар где tgц — значение, соответствующее средне взвешенному cosц, характерному для электроприемников данного режима работы.

tg ц1 = 1,426.

tgц2 = 0,75.

Qсм1 = 20,25· 1,426 = 28,87 кВар.

Qсм2 = 66· 0,75 = 49,5 кВар.

5. Определяем суммарную номинальную активную мощность для ШРА1:

У Pн = Pн1 + Pн2= 129,8 + 110 = 239,8 кВт.

6. Определяем среднюю суммарную активную мощность для ШРА1:

У Pсм = Pсм1 + Pсм2 = 20,25 + 66= 86,25 кВт.

7. Определяем суммарную среднюю реактивную мощность для ШРА1:

У Qсм = Qсм1 + Qсм2 = 28,87+ 49,5= 78,37 кВар

8. Исходя из вышеприведённых расчётов определяем средний коэффициент использования для ШРА1:

9. Определяем эффективное число электроприёмников:

10. По таблице определяем коэффициент максимума нагрузки при известных Ки и nэ:

Кm = f (nэ; Ки).

Кm1 = f (7; 0,156) = 2,48.

Кm2 = f (7; 0,6) = 1,33.

Кm = f (7; 0,3) = 1,8.

11. Определяем расчётную активную нагрузку по каждой группе электроприемников:

Pp = Pсм · Кm, кВт.

PP1 = 20,25 · 2,48 = 50,22 кВт РР2 = 66 · 1,33 = 87,78 кВт.

12. Определяем суммарную расчётную активную мощность для ШРА1:

У Pр = Pp1 + Pp2 = 50,22 + 87,78 = 138 кВт.

13. Определяем расчётную суммарную реактивную мощность по каждой группе электроприёмников при условии, если nэ> 10, то Кm = 1, если nэ< 10, то Кm = 1,1.

Qp = Qсм · Кm, кВар.

Qp1 = 28,87 · 1,1 = 31,757 кВар.

Qр2 = 49,5 · 1,1 = 54,5 кВар.

14. Определяем суммарную расчётную реактивную мощность для ШРА1:

У Qp = Qp1 + Qp2 = 31,757 + 54,5 = 86,257 кВар

15. Определяем полную мощность для ШРА1:

кВА.

кВА.

16. Определяем длительный ток для ШРА1:

A.

А.

• 17. По Iд. = 247,6 А выбираем кабель АВВГ для подключения ШРА1, способ прокладки по воздуху, сечением 3Ч95+1Ч50 мм2, Iд. д. = 275 А, Iд. д.>Iд., 275>247,6 А
• 18. Определяем кратковременную токовую нагрузку при условии двигателя с наибольшим пусковым током:

Iктн = Iп + У Iн, А где Iп — пусковой ток наибольшего электроприёмника У Iн — сумма номинальных токов остальных электроприёмников.

Iктн = 522,89 + (45,6 + 15,2 + 23,4 + 25,4 + 9,5 + 45,6) = 544,7 А.

• 19. По Iд. = 247,6 А и Iктн = 544,7 А выбираем автомат АВМ-10 Н, 1000 > 247,6 А, 600 > 544,7 А
• — Расчет потери напряжения.

Потери напряжения в отходящих линиях от КТП до распределительного шинопровода определяются по формуле:

где:

Iд — длительный ток шинопроводов;

R — активное сопротивление кабеля;

x — индуктивное сопротивление кабеля;

cosц — средневзвешенный коэффициент мощности;

sinц — определяется через cosц;

1. По таблице определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля:

АВВГ 1(3Ч240+1Ч120).

R0=0,137 Ом/км;

x0=0,07 Ом/км;

2. Определяем сопротивление кабеля длиной l=30 м.

3. Определяем потери напряжения в шинопроводе ШРА1 по формуле 13:

Потери в остальных шинопроводах и кабелях определяются аналогично, и результаты расчетов сведены в таблицу.

Таблица 5 — Потери напряжения.

Потери напряжения в силовых сетях согласно ПУЭ не должны превышать ±5%. Все выбранные кабели проходят по потере напряжения.

Характеристика монтажа силовой сети.

В дипломном проекте мною были применены следующие виды электропроводок:

• — прокладка кабелей.
• — прокладка проводов в трубах.
• — распределительные шинопроводы.

Внутри помещения прокладывают только бронированные кабели, но иногда не бронированные, но с негорючей оболочкой. В помещениях с агрессивной средой применяют кабели стойкие к воздействию этой среды. Кабели внутри зданий прокладываются непосредственно по стенам, балкам, потолкам, фермам. Во всех случаях кабели должны быть доступны для осмотра и ремонта. При прокладке кабелей между рядом лежащими силовыми кабелями расстояние не менее 50 мм. Расстояние между контрольными кабелями не нормируется. При прокладке кабелей по кабельным конструкциям расстояние между кабелями, если их количество до 4-х — от 150 до 200 мм, а более 4-х — не менее 0,6 длины конструкции. Кабели крепятся скобами, хомутами и другими способами. Кабели на прямых горизонтальных тросах крепят к опорам конструкций через 800 — 1000 мм. При вертикальной прокладке кабеля через каждые 1000 — 2000 мм жёстким креплением. Радиусы изгибов кабелей такие же как и в прокладке в земле. По деревянным чердачным помещениям не бронированные кабели прокладываются в стальных трубах или коробах из несгораемого материала. Для защиты от коррозии кабеля кабельные конструкции и лотки окрашивают лаками или красками. Опускаемый сверху вниз кабель через каждые 3 — 5 м крепят к поддерживающему тросу специальными зажимами. В каналах кабель укладывают либо по дну, либо на опорных конструкциях, укреплённых на стенах. При не большой протяжённости каналов кабель раскатывают вручную (50 — 100 м).

ШРА, в свою очередь, запитывается о КТП и прокладывается по цеху в кабельном канале по стандартным кабельным стойкам.

Рисунок 1. Эскиз кабельного канала: 1 — кабельный канал, материал — железобетон; 2 — железобетонная плита; 3 — кабельная стандартная перфорированная стойка; 4 — кронштейн для укладки кабеля.

Изолированные незащищенные провода внутри помещения прокладывают в трубах для защиты проводов применяют: стальные трубы, полиэтиленовые, винипластовые. Трубные прокладки бывают открытые и скрытые и изолированные незащищенные провода проложены открыто на высоте ниже двух метров от пола может подвергаются механическим повреждениям поэтому их на высоте ниже указанной отметки, а также на лестничных клетках в больницах, театрах заключают стальные трубы. Во взрывоопасных помещениях допускается применение легких стальных труб. Стальные трубы прокладывают непосредственно по строительному основанию или на опорных конструкциях различного исполнения. Крепление стальных труб диаметрами 10−20; 25−32; 40−80; 100 мм производится соответственно через 2,5; 3; 3,5−4; 6 м, а на изгибах — через 150−200 мм от угла поворота.

Расстояние труб отопления и горячего водоснабжения до трассы при параллельной прокладке должно быть не менее 100 мм, а при пересечениях — 50 мм.

При открытой прокладке одиночные стальные трубы крепят скобами с одной или двумя лапками. Для прокладки трубных трас используется опорные конструкции, к опорным конструкциям трубы крепятся накладками, хомутами и другими деталями заводского изготовления.

Использование электропроводки стальных трубах за последние годы резко сократилось. На смену стальным трубам пришли полиэтиленовые и винипластовые. Они обладают коррозионной и высокой химической устойчивостью, влагостойкостью, хорошим электроизолирующим свойствами, достаточной механической прочностью. При этом повышается надежность электропроводок в агрессивной среде, уменьшается вероятность замыкания на землю, недостаткам этих труб является их горючесть.

В дипломном проекте используется распределительные шинопроводы с алюминиевыми шинами типа ШРА. Они предназначены для распределения электроэнергии между электроприемниками. Они выпускаются на номинальные токи 100, 250, 400, 630 А. Распределительные шинопроводы комплектуется из секции, прямых и различных фигурных секции (угловые, тройниковые, водные и ответвительные коробки). Прямые секции имеют по четыре окна с каждой стороны для штепсельного подключения ответвительных коробок. Распределительные шинопроводы монтируют над полом на стенах и колоннах на специальных опорных конструкциях: стойках-кронштейнах, подвесах. Расстояние между соседними опорными конструкциями принимают не более 3 м. Секции после подъема на опорной конструкции закрепляют нажимными болтами. При этом нулевая шина должна распологатся сверху. Соединение шин секции производят болтовыми контактами. Короба смежных секции соединяют винтами и соединительными планками.

Выбор конструктивного выполнения и расчет защитного заземления силового электрооборудования.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления электроустановок должно быть не более 4 Ом. Электроустановки в цехе должны быть заземлены от заземляющего устройства. Для заземления электроустановок в цехе используется в качестве основного заземления нулевая жила 4-х жильного кабеля, кожуха магистральных и распределительных шинопроводов, кожуха ЩО-70, а также металоконструкции: обрамляющие уголки, кабельные каналы, рельсы кранов, кранбалок, электротельферов и т. п.

Заземление электроустановки от ШРА:

Рисунок 2. 1. Распределительный шинопровод типа ШРА; 2. Металлорукав с электропроводкой; 3. Труба с электропроводкой; 4. Болт М6 для заземления трубы со ШРА; 5. Заземляющий проводник — медный провод d = 6 мм между трубой и кожухом ШРА и заземляющим болтом электроустановки; 6. Железобетонная колонна.

Заземление электроустановок проверяется раз в год согласно ПТЭ лабораторией при ОГЭ (отдел Главного энергетика завода с оформлением протокола, который хранится у энергетика в течение года).

Рисунок 3. Заземление электроприемников: 1. труба с электропроводкой, 2. заземляющей медный провод согласно ПУЭ диаметром 6 мм, 3. Болт Мб, который приваривается к трубе, станку и служит для заземления, 4. Распределительный шинопровод, 5. Металлорукава с электропроводкой, 6. Железобетонная колонна.

Заземление эл. установок проверяется раз в год согласно ПУЭ лабораторией при ОГЕ с оформлением протокола.

А = 54 м.

В = 48 м.

Uлеп= 10 кВ.

Расстояние от ГПП до цеховой ТП — 1 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП — 14 км.

Uн = 0,4кВ = 50 Ом · м.

Климатический район.

Вертикальный электрод — это уголок 75 * 75 и Lв = 3 м.

Вид заземляющего устройства контурное.

Горизонтальный электрод — это полоса 40 *4 мм.

Определяем расчетное сопротивление одного вертикального электропровода.

Rв = 0,3 · · Ксез= 0,3 · 50 · 1,3 = 19,5 Ом Ксез= 1,3.

Определяем предельное сопротивление совмещения ЗУ.

ЗУ = Rзу1 125/Iз.

А.

Rзу= 125 / 14 = 8,93 Ом.

Rзу1 = 4 Ом Определит количество вертикальных электродов.

Без учета экспонирования Nвр.

Nвр= Rв/Rзу= 19,5/4 = 4,87 5.

С учетом экранирования.

Nвр= Rв/ в = 5/0,73 = 6,84 7.

Размещаем заземляющие устройство на плане, уточняем расстояние и наносим на план, так как контурное заземляющие устройство закладывается больше одного метра, с каждый стороны по периметру здания, то длина по периметру равна.

Lп =(А+2)· 2+(В+2)·2=(54+2)·2+(48+2)·2=322 м.

Расстояние между электродами уточняется по форме объекта. По углам устанавливается по одному вертикальному электроду и устанавливается между ними для равномерного распределения электродов окончательно принимается Nвр= 8.

ав= В/nв-1 = 48/2 = 24 м.

аа= А/nа-1 = 54/2 = 27 м.

Для уточнения принимаем средние значения отношения.