Курсовая работа: Разработка системы электроснабжения механического цеха

Цех осуществляет работу в две смены. Число часов использования максимальной нагрузки в году Тм = 4500 часов.

Характеристика условий среды и категорий по пожаро- и взрывоопасности приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Характеристика условий среды и категорий надёжности

2.1 Расчёт силовых электрических нагрузок

Расчёт электрических нагрузок силовых электроприёмников на втором уровне выполняется по отдельным узлам цеховых сетей – распределительным пунктам (РП).

Расчёт производится методом упорядоченных диаграмм. Все силовые электроприёмники (ЭП) каждого узла разбиваются на группы в соответствии с их режимом работы и коэффициентом использования:

·  группа А – ЭП длительного режима работы с переменным графиком нагрузки (станки, прессы) и электроприёмники повторно-кратковременного режима работы (краны, тельферы);

·  группа Б – ЭП длительного режима работы с постоянным графиком нагрузки (вентиляторы, компрессоры, крупные станки).

Пример расчёта электрических нагрузок приводится для узла РП-3.

Группа А:

-  фуговальный станок Рн=1кВт; Ки = 0,2; cosφ = 0,55;

-  циркулярная пила количество n=2, Pн=0,7кВт; Ки = 0,3; cosφ = 0,5;

-  сверлильный станок Рн=1кВт; Ки = 0,14; cosφ = 0,7;

-  станок для сращивания Рн=2 кВт; Ки = 0,5; cosφ = 0,8;

Итого по группе А:

PнΣ = 1+2∙0,7+1+2=5,4кВт.

Группа Б:

-  циркулярная пила Pн=1,5кВт; Ки = 0,7; cosφ = 0,5;

-  4-сторонний строгальный станок Pн=37,6кВт; Ки = 0,8; cosφ = 0,5;

Итого по группе Б: PнΣ = 1,5+37,6=39,1 кВт.

Итого по узлу:

PнΣ = 5,4+39,1 = 44,5 кВт.

Активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт,

Pсм Σ = Σ Kи · Pн,

• для группы А:

Pсм Σ = 0,2∙1+0,3∙2∙0,7+0,14∙1+0,5∙2=1,76;

• для группы Б:

Pсм Σ = 0,7∙1,5+0,8∙37,6=31,13.

Реактивная мощность за наиболее загруженную смену, квар,

Qсм Σ = Σ Pсм i · tgφi,

где tgφi – коэффициент реактивной мощности, о.е.,

 tgφi = tg(arccosφi);

• для группы А:

Qсм Σ = 0,200·tg(arcos 0,55) + 2∙0,210·tg(arcos 0,5) + 0,140·tg(arcos 0,7) + 1,0х

хtg(arcos 0,8) =1,924;

• для группы Б:

Qсм Σ = 1,050 · tg (arcos 0,5) + 30,080 · tg (arcos 0,5) =67,723.

Средневзвешенный коэффициент использования, о.е.,

Kи св =,

для группы А:

Kи св =1,760/5,400= 0,326.

Эффективное число ЭП для группы А ,

;

=4,1.

Принимается nэ=4.

Коэффициент максимума по активной мощности при nэ = 4 и Kи = 0,326 по таблице или рисунку /2/, о.е.,

Kма = 2,2.

Коэффициент максимума по реактивной мощности при nэ = 4, о.е.,

Kмр = 1,1.

Коэффициент максимума по активной и реактивной мощности для группы Б, о.е.,

Kма = Kмр = 1.

Расчётные активная и реактивная мощности, кВт, квар,

;

;

• для группы А:

;

;

• для группы Б:

при количестве приемников в группе менее 3

Рр=∑Рн;

Рр=1,5+37,6=39,1;

Qр=∑Рн∙tgφ;

Qр=1,5∙tg(arccos0,5)+37,6∙ tg(arccos0,5)=67,723.

Итого по узлу:

Рр=3,872+39,100=42,972;

Qр=2,116+67,723=69,840.

Полная расчётная мощность узла, кВА,

,

.

Расчётный ток узла, А,

,

.

Расчёт электрических нагрузок для других узлов проводится аналогично, результаты расчёта сведены в таблицу 2.1.

2.2 Расчёт освещения цеха

2.2.1 Светотехнический расчёт помещения цеха

Расчет общего освещения помещения цеха производится по методу коэффициента использования светового потока. Метод коэффициента использования предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов.

Производится расчет для участка механической обработки в цехе массива на первом этаже. К установке принимается светильник ПВЛМ с люминесцентными лампами (ЛЛ), который имеет следующие характеристики:

-  мощность и количество ламп – 2х80 Вт;

-  степень защиты – IP54;

-  КСС – Д-1;

-  КПД светильника - hс =0,7.

Индекс помещения

,

где А и В – длина и ширина помещения, м;

Нр – высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м;

,

где hр.п. – высота рабочей поверхности, м;

hс – высота свеса светильника, м;

;

.

Коэффициент использования светового потока, о.е.,

,

где hп – коэффициент использования помещения /3/, о.е.;

.

Принимается число рядов светильников в помещении равным Nр=2.

Рекомендуемое отношение /3/ λ=L/Hр=1,2÷1,6. Отсюда рекомендуемое расстояние между рядами светильников L=3÷4м. Принимается L=4м. Расположение светильников в помещении показано на рисунке 2.1.

Расчетный световой поток одного ряда, лм,

,

где Ем – нормативная минимальная освещенность, равная 300 лк;

 Кз – коэффициент запаса, для ЛЛ равный 1,5;

 F – площадь помещения, м2;

 Z – отношение Еср/Ем=1,1 для ЛЛ;

=73615.

Число светильников в ряду,шт,

,

где Фст - стандартный световой поток, лм;

2 - коэффициент, учитывающий число ламп в светильнике;

=7,4.

Принимается Ncp=7.

Расчетный световой поток одной лампы, лм,

,

=5258.

Расхождение со стандартным значением составляет 5%, что является допустимым.

Число светильников в помещении, шт,

Nc=Np∙Ncp,

Nc=2∙7=14.

Суммарная номинальная мощность светильников, установленных на участке мехобработки, кВт,

Pн=Nc∙2х0.08,

Pн=14∙2х0,08=2,240.

Светотехнический расчет для остальных помещений приведен в таблице 2.2.

2.2.2 Аварийное освещение цеха

Аварийное освещение подразделяется на освещение безопасности и эвакуационное.

В механическом цехе устанавливаются светильники эвакуационного освещения, которое предусматривается по основным проходам и лестницам производственных помещений, в которых работает более 50 человек и выход людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения связан с опасностью травматизма из-за продолжения работы производственного оборудования. Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на полу основных проходов и на ступенях лестниц. В качестве светильников эвакуационного освещения применяются лампы накаливания (ЛН), а при допустимых условий возможно применение люминесцентных ламп (ЛЛ).

Светильники аварийного освещения (освещения безопасности, эвакуационного) допускается предусматривать работающими одновременно со светильниками рабочего освещения, создавая общую освещенность согласно нормам, и автоматически включаемыми только при прекращении питания нормального освещения.

Для аварийного освещения механического цеха применяются светильники НСП22 (500 Вт) с ЛН, которые располагаются по основным проходам и работают одновременно со светильниками рабочего освещения, создавая общую освещенность согласно нормам. Расположение светильников и щитков аварийного освещения показано на рисунке 2.2.

2.2.3 Расчёт осветительных нагрузок

Расчетная осветительная нагрузка

— активная, кВт,

,

где кс – коэффициент спроса на освещение, для производственных зданий состоящих из многих отдельных помещений кс=0,85;

 кпот – коэффициент потерь в ПРА, для ЛЛ равный 1,2;

 ,  - номинальная мощность светильников с ЛЛ и ЛН соответственно, кВт, берется по таблице 2.2;

=54,026.

— реактивная, квар,

,

где tgφo – коэффициент реактивной мощности освещения,о.е.,

tgφo=tg(arccosφо),

cosφo=0,9;

tgφo=tg(arccos0,9)=0,484;

=22,954.

2.3 Выбор силовых трансформаторов

Принимается комплектная двухтрансформаторная подстанция, т.к. большинство потребителей электрической энергии данных цехов относятся к потребителям II категории надежности, и перерыв электроснабжения допустим на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала .

Расчет силовой нагрузки трансформаторов подстанции приведен в таблице 2.1, расчет осветительных нагрузок выполнен в п.2.2.3. Осветительная нагрузка присоединяется к трансформатору №1 трансформаторной подстанции.

Нагрузки трансформаторов:

Трансформатор №1

Рсм1=Рссм1+Росм,

Рсм1=251,719+54,026=305,745 кВт;

Qсм1=Qссм1+Qосм,

Qсм1=305,097+22,954=328,051 квар;

Рр1=Рср1+Рор,

Рр1=266,511+54,026=320,537 кВт;

Qр1=Qср1+Qор,

Qр1=305,097+22,954=328,051;

Трансформатор №2

Рсм2=274,212 кВт;

Qсм2=237,434 квар;

Рр2=290,502 кВт;

Qр2=237,434 квар.

По подстанции в целом

=545,347 кВт;

=542,530 квар.

При проектировании целесообразно отдавать предпочтение комплектным трансформаторным подстанциям (КТП). КТП состоит из трех узлов: шкафа ввода ВН, силового трансформатора, РУ НН. Шкаф ввода ВН предназначен для глухого присоединения трансформатора к линии или через выключатель нагрузки, или через разъединитель с предохранителем. Трансформатор КТП может быть один из марок ТМЗ, ТНЗ или ТС. РУ НН состоит из набора металлических шкафов, в которых устанавливают предохранители типа ПН-2 для отходящих линий или автоматические воздушные выключатели.

Выбор числа и мощности трансформаторов производится по средней мощности за наиболее загруженную смену Sсм. В этом случае число и мощность трансформатора можно определить по Sсм из того предложения, что в сети НН осуществляется полная компенсация реактивной мощности до cos j = 1, и тогда Sсм = Рсм:

где КЗ – коэффициент загрузки трансформатора, который принимается для КТП Кз = 0,65;

Рсм – среднесменная мощность трансформатора, кВт.

Значения коэффициентов загрузки трансформаторов определены из условия взаимного резервирования трансформаторов в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки оставшихся в работе трансформаторов в 1,3 раза на время максимума нагрузки с общей продолжительностью по 6 ч в каждые из пяти суток

Мощность трансформаторов, кВА,

Трансформатор №1

,

;

Трансформатор №2

,

.

Принимаются к установке на КТП два трансформатора типа ТМЗ-630/6.

Коэффициент загрузки трансформатора, о.е., в максимальном режиме при условии полной компенсации реактивной мощности,

Кз=Рр/Sном.тр,

Трансформатор №1

Кз=320,537/630=0,509;

Трансформатор №2

Кз=290,502/630=0,461.

Коэффициент загрузки в аварийном режиме при отключении одного трансформатора,о.е.,

,

=0,866,

что меньше допустимого значения 1,3.

2.4 Выбор сечений кабельных линий напряжением 6 кВ, питающих

КТП

Выбор сечений производится по экономической плотности тока и проверяется по условию нагрева.

Экономическое сечение определяется из выражения

где IP – расчетный ток линии в нормальном режиме работы, А,

 ,

 ;

jэк – экономическая плотность тока /3/, А/мм2;

.

Выбирается кабель марки ААБ 3´50 (Iдоп = 155А – кабель проложен в земле).

Проверка по нагреву:

Расчетный ток в линии в послеаварийном режиме, А,

Проверка выбранного кабеля по нагреву в послеаварийном режиме:

Все условия выполняются

2.5 Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности на шинах 0,4 кВ подстанции выполняется исходя из двух условий: потребление реактивной мощности ниже экономического значения и допустимая загрузка трансформаторов.

Предприятию задано экономическое значение коэффициента реактивной мощности на шинах 0,4 кВ подстанции tgφэ=0,3. Принимается, что при соблюдении данного значения, предприятие в целом не превышает экономической величины потребляемой реактивной мощности.

Первое условие.

Необходимая мощность компенсирующих устройств, квар,

,

где tgφф – фактический коэффициент реактивной мощности, о.е.,

tgφф=Qp/Pp;

Трансформатор №1

tgφф=328,051/320,537=1,023;

=231,890;

Трансформатор №2

tgφф=237,434/290,502=0,817;

=150,189.

Второе условие.

Коэффициент загрузки трансформаторов в расчетном режиме до компенсации, о.е.,

,

Трансформатор №1

=0,728;

Трансформатор №2

=0,595.

Реактивная мощность, которую можно передавать через трансформатор в нормальном режиме работы, квар,

,

Трансформатор №1

=272,416;

Трансформатор №2

=304,135.

Необходимая мощность компенсирующих устройств, квар,

=Qp-Qпер,

Трансформатор №1

=328,051-272,416=55,635;

Трансформатор №2

=237,434-304,135=-66,701.

Из мощностей компенсирующих устройств, выбранных по двум условиям, принимается наибольшая. Устанавливаются комплектные компенсирующие устройства ККУ – 0,38 -240 для секции РУ НН первого трансформатора и ККУ – 0,38 —160 – для второго.

Коэффициент загрузки трансформатора после компенсации реактивной мощности, о.е.,

,

Трансформатор №1

=0,527;

Трансформатор №2

=0,477.

2.6 Выбор осветительной сети. Электротехнический расчет

В осветительных установках общего освещения применяется преимущественно напряжение 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрали. Так как расчёт ведётся только для общего освещения, то для других видов освещения расчёт не выполняется.

Схема питания осветительной установки состоит из питающих и групповых линий. К питающим линиям относятся участки сети от распределительных устройств подстанций до групповых щитков. К групповым линиям относятся участки сети от групповых щитков до светильников.

Питающие линии выполняются четырёхпроводными, а групповые в зависимости от нагрузки и протяженности бывают двухпроводными, трёхпроводными и четырёхпроводными. Питающие линии осветительной сети могут быть выполнены по радиальной, магистральной или смешанной схемам.

Групповые линии могут быть как однофазными, так и трехфазными. Однофазные групповые линии целесообразно прокладывать для помещений небольшой площади, а также для средних и крупных помещений, освещаемых не слишком часто установленными светильниками с ДРЛ и ЛН небольшой мощности до 150-200 Вт и люминесцентными светильниками. Трехфазные групповые линии экономичны в больших помещениях, освещаемых мощными светильниками с ЛН 500-1000 кВт или лампами ДРЛ.

Групповые щитки необходимо располагать ближе к центру осветительных нагрузок и в местах, доступных для обслуживания.

Для светильников аварийного освещения устанавливается отдельные щитки, которые присоединяются к сети, не зависящей от рабочего освещения. При этом освещенность, создаваемая светильниками аварийного освещения, входит в общий баланс освещенности производственного помещения.

Согласно вышеприведенным рекомендациям питающие линии выбираются четырёхпроводными, а групповые – двухпроводными. К РУ НН КТП присоединяется магистральный щит освещения (МЩО), от которого отходят питающие линии щитов освещения (ЩО), выполненные по смещанной схеме.

Сечение проводников осветительной сети определяется по допустимой потере напряжения. В тех случаях, когда рассчитывается разветвленная сеть, то есть когда имеются трехфазные и однофазные ответвления, сечение вычисляется по формуле, мм2,

,

где åМ – сумма моментов рассчитываемого и всех последующих по направлению потока энергии участков с тем же числом проводов в линии, что и рассчитываемый участок, кВт·м,

åm – сумма моментов всех ответвлений, питаемых через рассчитываемый участок с отличным числом проводников в линии, кВт×м;

a – коэффициент приведения моментов, когда ответвления имеют иное число проводов, чем рассчитываемый участок /3/, о.е.;

 – коэффициент, зависящий от системы сети, рода тока, материала проводника /3/, о.е.;

 – допустимая потеря напряжения осветительной сети /2/, %.

Момент нагрузки i-ого участка сети, кВт·м,

,

где Ppi – расчетная мощность i-ого участка сети, кВА;

Lпрi – приведенная длина i-ого участка сети, м;

Lпрi=Loi+Lpi,

где Loi - длина i-ого участка до распределенной нагрузки, м;

 Lpi - длина распределенной нагрузки i-ого участка, м;

Схема осветительной сети представлена на рисунке 2.3.

В качестве проводников осветительной сети для питающих линий используется четырехжильный кабель марки АВВГ, для групповых линий – двухжильный марки АВВГ.

Пример расчёта приводится для линии МЩО –ЩО1.

Сумма моментов, кВт·м,

;

Сечение проводника, мм2,

.

Полученное значение округляется до стандартного мм2.

Проверка выбранного кабеля по допустимому длительному току, А,

где Iдоп – допустимый длительный ток на кабели данного сечения /1/, А,

 Iдоп=17,48 А;

 Iр - расчетный ток в линии, А,

Условие выполняется.

Действительная потеря напряжения на участке 1-2, %,

,

.

Допустимая потеря напряжения на оставшихся участках, %,

,

.

Дальнейший расчёт выполняется аналогично, результаты расчёта сводятся в таблицу 2.3.

Прокладка трасс проводников системы освещения выполняется на лотках и по строительным конструкциям на высоте, зависящей от типа помещения и наличия производственных конструкций.

Щиты освещения располагаются на колоннах на высоте 1,5 м от пола. Расположение ЩО показано на рисунке 2.1.

2.7 Выбор схемы и конструктивное выполнение внутрицехового

электроснабжения напряжением до 1 кВ

Основной тенденцией в проектировании электроснабжения является сокращение протяженности сетей низшего напряжения путем максимального приближения высшего напряжения (трансформаторной подстанции) к потребителям электроэнергии.

Сети напряжением до 1000 В подразделяются на питающие, прокладываемые от трансформаторной подстанции или вводного устройства до силовых пунктов, и распределительные, к которым присоединяются ЭП. В комплекс внутрицехового электроснабжения входят питающие и распределительные линии, РП напряжением до 1000 В, аппаратура коммутации и защиты сетей и ответвлений к отдельным ЭП. Питающие и распределительные сети могут быть выполнены по радиальным, магистральным и смешанным схемам.

Радиальные схемы наиболее часто используются для питания отдельных относительно мощных ЭП (двигатели компрессорных и насосных установок, печи и т.д.), а также в случаях, когда мелкие по мощности ЭП распределяются по цеху неравномерно и сосредоточены группами на отдельных участках (ремонтные мастерские, отдельные участки с непоточным производством и т.п.). К достоинствам радиальных схем относятся: высокая надежность питания (выход из строя одной линии не сказывается на работе потребителей, питающихся от других линий), а также возможность автоматизации переключений и защиты.

Магистральные схемы применяются для питания ЭП, обслуживающих один агрегат и связанных единым технологическим процессом, когда прекращение питания любого из этих ЭП вызовет необходимость прекращения работы всего технологического агрегата. Магистральные схемы находят широкое применение для питания большого числа мелких ЭП, распределенных относительно равномерно по площади цеха (металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители).

На практике наибольшее распространение находят смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. Смешанные схемы характерны для крупных цехов металлургических заводов, для литейных, кузнечных и механосборочных цехов машиностроительных заводов.

Проектирование цеховых сетей во всех случаях должно выполняться на основе хорошего знания технологии проектируемого цеха, условий окружающей среды и степени ответственности отдельных ЭП.

Питающая сеть выполнена четырехжильным кабелем марки АВВГ, проложенным открыто по стенам и конструкциям, по смешанной схеме.

Распределительная сеть проектируется по радиальной схеме. Линии выполнены четырехжильным кабелем марки АВВГ, проложенным в стальных трубах в полу участков и отделений цехов.

2.7.1 Выбор сечений проводников питающей сети

Питающая сеть выполнена по смешанной схеме с помощью кабелей марки АВВГ. Расположение силовых пунктов (РП) и трасс кабельных линий приводится на рисунке 2.4.

Сечение кабелей цеховых сетей напряжением до 1кВ выбирается сравнением расчётного тока линии с допустимым длительным током принятых марок проводов и кабелей с учётом условий их прокладки и температуры окружающей среды.

Должно выполняться условие

,

где Iр – расчётный ток линии, А;

Iдоп – допустимый длительный ток на кабели данного сечения, А,

,

где – допустимый табличный ток для трёхжильных кабелей /3/, А;

0,92 – коэффициент, учитывающий ток для четырёхжильных кабелей, о.е.;

Кп – поправочный коэффициент на условия прокладки, о.е.;

 ,

где К1 – поправочный коэффициент, зависящий от температуры окружающей среды /3/, о.е.;

К2 – поправочный коэффициент на число работающих кабелей /3/, о.е.;

К3 – поправочный коэффициент на способ прокладки, равный 1, о.е.

Выбранные сечения проводов, кабелей и шин проверяют по допустимой потере напряжения. Делается это с целью обеспечения нормального напряжения на зажимах ЭП в пределах допустимых отклонений.

Нормами величина потерь напряжения в сети до 1 кВ не установлена. Однако, зная напряжение на шинах трансформаторной подстанции и подсчитав потерю напряжения в сети, можно определить отклонение на зажимах электроприёмников и сравнить с допустимыми значениями отклонения напряжения, которые приняты:

-  для освещения ±5%;

-  для электродвигателей -5%, +10%;

-  для дуговых сталеплавильных печей и печей сопротивления ±5%;

-  для сварочных агрегатов не ниже –(8…10)%;

-  для кранов не ниже –(8…9)%.

Потеря напряжения в сети определяется по формуле, %,

,

где Iр – расчётный ток линии на данном участке, А;

L – расстояние от точки питания до точки приложения равнодействующей нагрузки, км;

rо, xо – активное и индуктивное сопротивление 1 км линии /1/, Ом/км;

cosj – коэффициент мощности данного участка, о.е.;

Uл – линейное напряжение, равное 380 В.

Выбор сечений проводников в сетях напряжением до 1 кВ, прокладываемых в помещениях, тесно связан с выбором плавких вставок и уставок расцепителей автоматических выключателей. При защите линий предохранителями или автоматами сечения выбираемых проводов и кабелей обязательно должны быть согласованы с номинальными токами плавкой вставки или токами уставки автомата, защищающими данный провод или кабель по /3/. Расчет сетей на потерю напряжения должен обеспечить необходимый уровень напряжения на зажимах ЭП и, как следствие, необходимый момент вращения электродвигателя или требуемую освещенность от источника света.

Ниже в качестве примера рассмотрен выбор сечения питающей сети КТП – РП1.

Расчётный ток, А,

,

где  для СП-4 берутся из таблицы 2.1;

.

Для прокладки принимаются кабель с алюминиевыми жилами сечением 35 мм2.

Для выбранных кабелей:

А;

Iдоп = 90·0,92 = 82,8 А;

Для открытой прокладки одного кабеля и при расчетной температуре воздуха 25оС Кп=1;

72,928 < 82,8.

Условие выполняется.

Далее определяются cosj и sinj нагрузки данной КЛ, о.е.,

,

;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8