Электроснабжение ремонтного цеха

1 Общая часть

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии

1.2 Разработка схемы электроснабжения

2 Расчётная часть

2.1 Расчёт нагрузок методом коэффициента максимума

2.2 Расчёт освещения методом коэффициента использования

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

2.4 Выбор защитных аппаратов сети +0,4 кВ

2.5 Выбор марок и сечений проводов и кабелей

2.6 Компенсация реактивной мощности Приложение: графическая часть на двух листах Литература

Энергетика Украины — это стратегическое звено национальной экономики, которая является основой функционирования всего общедержавного комплекса общественного производства и обеспечения нормальных условий жизни населения.

Работе электроэнергетики за условия общего кризиса присущие те же характерные свойства, что и работе иных базовых областей промышленности. Это спад производства, катастрофично низкий уровень платежей за изготовленную продукцию, отсутствие финансов на модернизацию и реконструкцию оборудования и выплату заработной платы.

Электроэнергетика Украины — это мощный, сложный и разветвлённый технологический комплекс, предназначен для производства, передачи и распределения электрической энергии между промышленностью, сельским хозяйством и бытовыми потребителями всей территории Украины.

Сегодня объединённая энергосистема Украины не имеет в необходимом количестве маневренных мощностей, чтобы не допустить нарушение режимов её работы, значительное колебание частоты в течение суток. Состояние дел усложняется и тем, что в структуре энергогенерирующих мощностей значительную часть занимают АЭС, которые должны работать в базовом режиме. Поэтому поддержка пиковых и полупиковых электрических нагрузок вынужденно выполняется физически изношенными энергоблоками ТЭС, что ухудшает не только экономичность, но и надёжность электрообеспечения, создаёт угрозу целостности объединённой энергетической системы ОЭС Украины. Одновременно ускоряется физический износ оборудования ТЭС.

Функционирование электроэнергетики Украины на условиях и принципах оптового рынка электрической энергии, в рамках действующих законов об электроэнергетике, в настоящий момент являются безальтернативными. Только наличие оптового рынка электрической энергии в сочитании с диспечерским управлением позволит сохранить единую систему Украины и обеспечить энергетическую безопасность государства.

Электроэнергию можно преобразовать в любой другой вид энергии, именно поэтому её так широко используют во всех направлениях развития и удобств человечества. Потребление электроэнергии в промышленности постоянно растёт в связи с расширением производства и заменой рабочего персонала автоматикой. Наиболее электроёмкими являются следующие отросли промышленности: чёрная и цветная металлургия, химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая строительных материалов, лёгкая, пищевая и целлюлозно-бумажная.

Научно-технический прогресс невозможен без развития электроэнергетики. Большинство технических средств механизации имеет электрическую основу. В этом мы убеждаемся при расчёте ремонтно-механического цеха в курсовом проекте.

1 Общая часть

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии

В данном цехе устанавливаются потребители электроэнергии различных типов и с разной продолжительностью включения, а именно:

1) двенадцать токарных станков мелкосерийного производства, мощностью по 6кВт, с повторно-кратковременным режимом работы;

2) десять фрезерных станков мелкосерийного производства, мощностю по 7кВт, повторно-кратковременным режимом работы;

3) четыре сверлильных станка мелкосерийного производства, мощностью по 6кВт, с повторно-кратковременным режимом работы;

4) шесть строгальных станков мелкосерийного производства, мощностью пл 5кВт, с повторно-кратковременным режимом работы;

5) три точильных станка мелкосерийного производства, мощностью по 5 кВт, с повторно-кратковременным режимом работы;

6) четыре расточных станка крупносерийного производства, мощностью по 7кВт, с повторно-кратковременным режимом работы;

7) четыре вентилятора, мощностью по 2 кВт, с длительным режимом работы;

8) две печки нагревательные, мощностью по 24 кВт, с длительным режимом работы;

9) два насоса, мощностью по 16 кВт, с длительным режимом работы;

10) два крана, мощностью по 26 кВт, с кратковременным режимом работы;

11) четыре аварийных трансформатора, мощностью по 13 кВт, с кратковременным режимом работы.

Учитывая, что нарушение электроснабжения не влечёт за собой опасности для жизни рабочего персонала повреждения уникального оборудования, цех относят ко второй категории надёжности электроснабжения.

1.2 Разработка схемы электроснабжения

Для питания электроэнергией ремонтно-механического цеха выбираем двухтрансформаторную подстанцию и магистральную схему электроснабжения. Нагрузку на магистралях распределяем приблизительно одинаково. Все электроприёмники присоединяются к семи распределительным пунктам РП, кроме грузоподъёмных кранов и щитка освещения, которые присоединяются непосредственно к магистрали.

Первая магистраль питается от первого трансформатора и питает собой три РП, один кран и щиток освещения, К РП1 подключаются: два токарных станка мелкосерийного производства, один фрезерный станок мелкосерийного производства, один строгальный станок мелкосерийного производства, один вентилятор, одна печь нагревательная и один сварочный трансформатор. К РП2 подключаются: два токарных станка мелкосерийного производства, один фрезерный станок мелкосерийного производства, один строгальный станок мелкосерийного производства, один точильный станок мелкосерийного производства, один расточный станок крупносерийного производства и один сварочный трансформатор. К РП3 подключаются: Два токарных станка мелкосерийного производства, один фрезерный станок мелкосерийного производства, один строгальный станок мелкосерийного производства, один сверлильный станок мелкосерийного производства, один расточный станок крупносерийного производства и один насос.

Вторая магистраль питается от второго трансформатора и питает собой четыре РП и один кран. К РП4 подключаются такие же электроприёмники и такой же мощности как и к РП1, т. е. нагрузка на них одинаковая. К РП5 подключаются электроприёмники в том же количестве, такой же мощности и такого же типа как и к РП3, т. е. на этих РП нагрузка тоже одинакова. РП7 подключаются: четыре фрезерных станка мелкосерийного производства, два сверлильных станка мелкосерийного производства, и один точильный станок мелкосерийного производства.

К каждой магистрали подключается компенсирующая установка (централизованная) для уменьшения реактивной мощности. Защита электроприёмников осуществляется плавкими предохранителями.

2 Расчётная часть

2.1 Расчёт нагрузок методом коэффициента максимума

Для расчёта нагрузки в цехе рассчитываем нагрузку на каждом РП и на каждой магистрали.

РП1

Определим номинальную мощность на РП приведённую к ПВ.

P = Р — для электроприёмников с ПВ = 1 (2.1)

Р = Р • - для станков и кранов (2.2)

Р = Р • • cos? — для сварочного трансформатора (2.3)

Р = 6 = 4,65 кВт Р = 7 = 5,4 кВт Р = 5 = 3,9 кВт Р = 2 кВт Р= 24 кВт Рном = 13 • • 0,35 = 2.9 кВт Определим номинальную мощность групп электроприёмников одинакового типа.

Р = ?Р (2.4)

Р = 4,65 • 2 = 9,3 кВт По таблице 12.1[1] находим значение коэффициентов использования и коэффициентов мощности для каждого приёмника; для каждого значения cos? находим tg?. Все значения сводятся в таблице 2.1.

Для каждого типа (группы) электроприёмников вычисляем среднюю активную и реактивную нагрузку за наиболее загруженную смену.

Р = К • Р (2.5)

Q = 1,21 • 1,73 = 2,1 квар Вычисляем суммарные значения? Р, ?Q и? Р на РП. Значения заносим в таблицу 2.1.

Определяем средневзвешенные значения К, tg? и cos?

К = (2.7)

К = = 0,5

tg? = (2.8)

tg? = = 0,576

tg? > cos? = 0,867

Определим отношение наибольшей мощности электроприёмника к наименьшей.

m = (2.9)

m = > 3

Вычисляем эффективное число электроприёмников в зависимости от значений m и K.

n = (2.10)

n = = 4

По таблице 12.4[1] находим значение коэффициента максимума в зависимости от n и K.

Вычисляем расчётные значения Рmax, Qmax, Smax и Imax

P = K • ?Р (2.11)

P = 1,65 • 22,4 = 37 кВт

Q = P • tg?. (2.12)

Q = 37 • 0,576 = 21,3 квар

S = (2,13)

S = = 42,7 кВт

I = (2.14)

I = =64,9 А Все остальные РП рассчитываются аналогично.

Расчёт магистрали производится аналогично расчёту РП.

Определим номинальную мощность крана приведённую к ПВ = 0,35

Р = Р • (2.15)

Р = 26 • = 15,4 кВт Значения cos?, K и tg? для РП берём из предыдущих расчётов, для крана — по таблице 12,1[1].

Для каждой группы электроприёмников определяем активную и реактивную нагрузки за более загруженную смену (для РП из предыдущих расчётов).

Р = K • Р (2.16)

Р = 0,1 • 15,4 = 1,54 кВт

Q = Р • tg? (2.17)

Q = 1,54 • 1,73 = 2,7 квар Определяем суммарные значения? Р, ?Р и? Q на магистрали. Все значения сводятся в таблицу 2.1.

Определяем средневзвешенные значения cos? ср.вз., Kuср.вз. и tg? ср.вз.

K = (2.18)

K = = 0,3

tg? = (2.19)

tg? = = 0,9

Определяем отношение наибольшей мощности к наименьшей.

m = (2.20)

m = > 3

Вычисляем эффективное число электроприёмников в зависимости от m и K.

n = (2.21)

n = = 6

или n> n, то следует принимать n = n = 4

По таблице 12.4[1] находим значение коэффициента максимума в зависимости от n и K.

К = 2,14

Вычисляем расчётные значения Р, Q, S и I

P = K•?P (2.22)

P = 2,14•47,2 = 101 кВт

Q = P•tg? (2.23)

Q = 101•0,9 = 90,9 квар

S = (2.24)

S = = 136 кВА

I = (2.25)

I = = 207 А Вторая магистраль рассчитывается аналогично.

2.2 Расчёт освещения методом коэффициента использования

Для освещения ремонтно-механического цеха выбираем светильники типа УПД с лампами ДРИ 400, с общим рабочим освещением.

По таблице 4[2] выбираем нормируемую освещённость и коэффициент запаса.

E = 300 лк;

К = 1,5

Определяем высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью.

Н = Н-(h+h) (2.26)

где Нвысота цеха

hвысота рабочей поверхности

h= 0,8 м

hвысота свеса светильника

h= 0,7 м

H = 8 — (0,8+0,7) = 6,5 м Определяем показатель (индекс) помещения

i = (2.27)

где, А — длина цеха Б — ширина цеха

i = = 4,2

По таблице 5.1[2] находим коэффициенты отражения потолка и стен. Поскольку потолок и стены побелены, то:

? = 70%? = 50%

Для выбранного типа светильника определяем значение коэффициента использования светового потока по таблице 6.7[1]

Определяем необходимое количество светильников

N = (2.28)

где Z — поправочный коэффициент неравномерного распределения освещённости.

Z = 1,1

По таблице 2.16[2] находим световой поток лампы Ф = 32 000 Лм

N = = 70

Определяем общую установившуюся мощность Р = Р•N (2.29)

Р = 400•70 = 28 кВт Определяем максимальную активную мощность

P = 1,1•K•P (2.30)

где K = 0,95- по таблице 11.1[1]

P = 1,1•0,95•28 = 29,3 кВт Определяем полную максимальную мощность осветительной установки.

S = (2.31)

где cos? = 0,57- для ламп ДРЛ ДРИ

S = = 51,4 кВА

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

Для электроснабжения ремонтно-механического цеха выбираем двухтрансформаторную подстанцию, так как данный цех относится к второй категории надёжности электроснабжения.

Мощность трансформаторов выбираем по средней нагрузке S за наиболее загруженную смену.

S = (2.32)

где Nчисло трансформаторов Ккоэффициент загрузки трансформаторов К = 0,75

S = (2.33)

S = = 115 кВА

S = = 153 кВА По таблице 20.1[1] выбираем силовые трансформаторы для установки на ТП и проверяем их по условию перегрузки 1.4

ТМ- 250

S = 250 кВА; U = 6 — 10 кВ; U = 0,4 кВ; = 0,82%; = 3,7%; U = 4,5%; I = 2,3%

1,4 S S

где S = S+S

S = S+ S (2.34)

S = 136+51,4= 187,4 кВА

S = 187.4+141 = 328.4 rDF

1.4•250 328.4 кВА

350 >328,4 кВА Выбранный тип и мощность трансформаторов подходит для установки на ТП и питания ремонтно-механического цеха.

2.4 Выбор защитных аппаратов сети 0,4 кВ

Определяем номинальные токи электроприёмников (кроме трансформаторов и печей нагревательных).

I = (2.35)

где Р — паспортная номинальная мощность электроприёмников, Вт

U — номинальное напряжение сети, В

n — КПД электроприёмника

cos? — коэффициент мощности Для токарного станка:

I = = 22,8 А Остальные расчёты аналогичны и занесены в таблицу 2.2.

Определяем пусковые токи станков, вентиляторов, кранов, насосов.

I = I• K (2.36)

где К = 5- пусковой коэффициент Для токарных станков:

I = 22,8 • 5 = 114 А Остальные расчёты аналогичны и сведены в таблицу 2.2.

Определяем номинальные токи плавких вставок предохранителей по двум условиям:

1) (2.37)

2) (2.38)

Для токарных станков

А ПН 2 — 100 I = 50 А

А 50 45,6 А Выбираем тип защитного аппарата по таблице 14.1[1] и заносим в таблицу 2.2.

Остальные расчёты аналогичны и сведены в таблицу 2.2.

Определяем номинальный ток сварочного трансформатора.

(2.39)

где S — номинальная полная мощность трансформатора.

А Выбираем плавкую вставку предохранителя по условию:

(2.40)

А По таблице 14.1[1] выбираем тип защитного аппарата НПН-60М I = 20 А

20 > 17,6 А Определим номинальный ток печи нагревательной

(2.41)

А Выбираем плавкую вставку по условию:

(2.42)

А По таблице 14.1[1] выбираем тип защитного аппарата ПН2−100 I = 50 А

50 42,9 А Определяем номинальный ток Щ.О.

(2.43)

где Р — установившаяся мощность осветительной нагрузки, Вт

А Выбираем плавкую вставку для Щ.О.

(2.44)

По таблице 14.1[1] выбираем ток защитного аппарата ПН2−100 I = 80 А

80 > 74,6 А Выбираем тип щитка освещения по таблице 170[3]

ЩА-1201−04

Количество отходящих линий — 12

Номинальный ток щитка — 100 А Определяем номинальные токи РП где? I — сумма номинальных токов всех электроприёмников присоединённых к РП.

Для РП1:

I = 2 • 22.8 + 26.6 + 19 + 3.8 + 42.9 + 23.2 = 161.1 А Для остальных РП расчёт аналогичен и сведён в таблицу 12.2.

На РП ставим шкафы типа ЩРС 1- 28У3 с количеством отходящих линий и номинальными токами предохранителей: 260 + 4100 + 2250

Определяем номинальный ток на первой магистрали

(2.46)

где I — номинальный ток крана, А

I = 161,1 + 187,2 + 202 + 112,9 + 74,6 = 737,8 А Вторая магистраль рассчитывается аналогично. Выбираем тип автоматического выключателя по таблице 36[3]:

ЩМА-1 тип — Э16В; I = 1600 А;

ЩМА-2 тип — Э16В; I = 1600 А.

Для крана выбираем силовой ящик ЯК-250 УЗ

2.5 Выбор марок и сечений проводов и кабелей

Выбор шинопроводов ШМА-1 и ШМА-2 производится по номинальному току магистрали:

для ШМА-1 I = 737,8А выбираем шинопровод по таблице 144[3]

ШЗМ 16У3: I = 1000 А; S = 2(1010) мм для ШМА-2 I = 834.2 А по таблице 144[3] выбираем шинопровод:

ШЗМ 16У3: I=1000 А; S = 2(1010) мм Все данные сводятся в таблицу 2.2.

Выбираем сечение для подключения РП к ЩМА по таблице 7.2[1] и марку кабелей по таблице 114[3]

(2.47)

Где I — допустимый ток кабеля

I — номинальный ток РП Для РП1: 165 > 161,1 А

S = 70 мм Марка провода АПРН Остальные расчёты аналогичны и сведены в таблицу 2.2.

Выбираем кабель для Щ.О. по таблице 7.3[1]

(2.48)

90 > 74,6 А

S = 4 16 мм Выбираем марку кабеля по таблице 131[3]

ААГ Определяем сечение проводов идущих от РП к электроприёмникам по таблице 7.2[1]

для токарного станка

28 > 22,8 А

S = 4 мм Для остальных электроприёмников расчёт аналогичен и сведён в таблицу 2.2. Питание силовых электроприёмников осуществляется трёходножильными проводами марки АПВ проложенных в трубах.

2.6 Компенсация реактивной мощности

Для компенсации реактивной мощности применяют централизованные компенсирующие установки. Расчёт их мощностей приведён ниже.

Определяем значение tg? щитка освещения по значению cos?

tg? = 1,44

Вычисляем реактивную мощность осветительной установки.

(2.49)

Q= 29,3 • 1,44 = 42,19 квар Определяем средневзвешенный tg? на магистрали — 1

(2.50)

tg? ==1.02

Определяем значение tg? по значению cos? = 0,97

tg? = 0.25

Определяем мощность компенсирующей установки на первой магистрали.

(2.51)

где К — коэффициент учитывающий несовапдение расчётной максимальной мощности потребителя и энергосистемы. Q = 1 • 129,3(1,02−0,25) = 99,56 квар Выбираем компенсирующую установку по таблице 16.1[1]

УКБН-0,38−100−500У3

Определяем средневзвешенный tg? второй магистрали.

(2.52)

tg? = = 0,97

Вычисляем мощность компенсирующей установки второй магистрали.

(2.53)

Q= 1 • 102 • (0,97 — 0,25) = 73,44 квар По таблице 16.1[1] выбираем тип компенсирующей установки.

УКБН-0,38−100−50У3

1. Цигельман И. Е. Электроснабжение гражданских зданий и коммунальных предприятий. М., Высшая школа, 1988.

2. Кноринг Г. М. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Л., Энергия, 1976.

3. Шаповалов И. Ф. Справочник по расчёту электрических сетей. К., Будiвельник, 1986.

4. Зюзин А. Ф. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок. М., Высшая школа, 1986.

5. Ж. Электрификация и электроэнергетика, выпуск 5.2000.

Таблица 2.2