Электроснабжение цеха промышленного предприятия (работа 1)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРВСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Автоматизированные электроэнергетические системы"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине: "Электроснабжение"

на тему: "Электроснабжение цеха промышленного предприятия"

Разработал: ст. гр.04ТС1

Токманов О.

Проверил: доцент

Савоськин В.С.

Пенза 2007

Содержание

Введение

1. Описательная часть

1.1 Общие требования к электроснабжению объекта

1.2 Описание объекта электроснабжения

1.3 Система автоматического включения резерва

2. Расчетная часть

2.1 Для расчета нагрузок разделим все ЭП цеха на: ШМА1, ШМА2, РП1, РП2 и ЩО

2.1.1 Расчет ШМА1

2.1.2 Расчет строки итого на ШНН

2.2 Компенсация реактивной мощности.

2.2.1 Выбор компенсирующих устройств

2.2.2 Расчет максимальной нагрузки после компенсации

2.3 Выбор трансформаторов

2.4 Выбор аппаратов защиты и распределительных устройств

2.5 Выбор сечения шинопроводов и кабельных линий

2.6 Расчет токов короткого замыкания

2.6.1 Общие сведения о КЗ

2.6.2 Расчет токов КЗ

2.7 Расчет освещения

2.7.1 Производственный участок

2.7.2 Кабинет мастера

2.7.3 Склад штампов

2.7.4 Инструментальная

2.7.5 Агрегатная

2.7.6 Вентиляторная

2.7.7 Голтовочная

2.7.8 Расчет и выбор сечений питающей и распределительной сети освещения и проверка на потерю напряжения

2.8 Проверка элементов цеховой сети

2.9 Определение расхода и потерь ЭЭ в цеховой сети за год

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

Энергетической программой предусмотрено создание мощных территориально-производственных комплексов (ТПК) в тех регионах, где сосредоточены крупные запасы минеральных и водных ресурсов. Такие комплекс добывают, перерабатывают, транспортируют энергоресурсы, используя в своей деятельности различные электроустановки по производству, передаче и распределению электрической и тепловой энергии.

Объединение региональных ОЭС в более мощную систему образовало Единую энергетическую систему (ЕЭС) Российской Федерации. ЕЭС позволило снизить необходимую генераторную мощность по сравнению с изолированно работающими электростанциями и осуществлять более оперативное управление перетоками энергетических мощностей с Востока, где находиться около 80% топливных и гидроресурсов, на Запад страны, так как в европейской части страны размещается 80% всех потребителей энергии. Для электрической связи между ОЭС служат сверхдальние линии электропередач напряжением 330; 500; 750 и 1150 кВ.

Управление ЕЭС РФ ведется из центрального диспетчерского управления (ЦДУ ЕЭС РФ) в Москве. Задачей ЦДУ ЕЭС РФ является обеспечение руководства региональными ОЭС, расчет и внедрение наиболее рациональных режимов работы управляемых электростанций, ликвидация аварий в энергосистемах.

Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией.

Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве.

Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения.

Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит помимо прочих нежелательных явлений к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии.

За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий.

1. Описательная часть

1.1 Общие требования к электроснабжению объекта

При проектировании системы электроснабжения и реконструкции электрических установок должны рассматриваться следующие вопросы:

1) Перспективы развития энергосистем и систем электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжений;

2) Обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их ведомственной принадлежности;

3) Снижение потерь электрической энергии;

4) Ограничение токов короткого замыкания предельными уровнями, определенными на перспективу.

При этом должны рассматриваться в комплексе внешнее и внутреннее электроснабжение с учетом возможностей и экономической целесообразности технологического резервирования.

При решении вопросов развития системы электроснабжения следует учитывать ремонтные, аварийные и послеаварийные режимы. При выборе независимых взаимно резервирующих источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения и полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты, а также полного длительного во время тяжелых системных аварий.

Качество электроэнергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых приемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Качество электроэнергии в значительной степени влияет на технологический процесс промышленного производства и качества выпускаемой продукции, на расход электроэнергии и зависит от питающей ЭС и от потребителей снижающих качество электроэнергии.

Из всех показателей качества электроэнергии наибольшее влияние на режимы работы электроприемников оказывает отклонение и колебание напряжения.

Под отклонением напряжения понимают разность между фактическим и номинальным значением напряжения. В условиях нормальной работы приемников электроэнергии отклонение напряжения от номинального значения допускается в пределах - 5÷+10% на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления; - 2,5÷+5% на зажимах приборов рабочего освещения; - 5÷+5 на зажимах другого оборудования.

Отклонение напряжения вызывает наибольший ущерб среди всех показателей качества. Колебания напряжения оцениваются размахом изменения напряжения и частотой изменения напряжения. Колебания напряжения обусловлены резкими толчками потребляемой мощности при работе приемников с ударной нагрузкой (сварочные аппараты, электрические печи, двигатели прокатных станков и др.). Ограничить колебания напряжения можно построением рациональных схем электроснабжения, применение специальных технических устройств и агрегатов с минимальным влиянием на систему электроснабжения.

Несимметрия напряжений и токов. Это неравенство фазных или линейных напряжений (токов) по амплитуде и углом сдвига между ними. Различают аварийные и эксплуатационные, вызванные применением потребителей (индукционные печи, сварочные аппараты). Для симметрирования напряжения и токов применяют равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам, нагрузки подключают на отдельный трансформатор.

Отклонения и колебания частоты. Величину равную разности между действующим значением и заданным значением частоты называют отклонением частоты. В нормальном режиме работы допускается отклонение частоты в пределах ±0,1 Гц. Кратковременные отклонения частоты могут достигать ±0,2 Гц. Причиной изменения частоты в системе электроснабжения является дефицит активной мощности. Характеристикой колебаний частоты является размах колебаний, который не должен превышать 0,2 Гц. Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приемники электроэнергии с радиопеременной активной нагрузкой, теристорные преобразователи главных приводов прокатных станов.

Несинусоидальность кривой тока и напряжения. Источником является: синхронные генераторы, силовые трансформаторы, работающие при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (повышенном напряжении на выходах), преобразователи переменного тока в постоянный ток и потребители с нелинейно ВАХ.

Несинусоидальные токи перегружают конденсаторные батареи, емкостные сопротивления которых обратно пропорциональны порядку гармоник. Наличие высших гармоник в напряжении и токах неблагоприятно действует на изоляцию электрической машины, трансформаторов, конденсаторов и кабелей. Коэффициент искажения кривой напряжения не должен превышать 5% на зажимах любого приемника электрической энергии.

Потери электроэнергии в трансформаторах, электродвигателях и другом оборудовании неизбежны, что связано с принципом работы этих электроустановок. Однако за счет мероприятий по экономии электроэнергии потери должны быть сведены к минимуму.

1.2 Описание объекта электроснабжения

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Цех обработки корпусных деталей предназначен для изготовления различного вспомогательного инструмента. Поэтому его непрерывная работа должна быть полностью обеспечена системой электроснабжения. Этот цех является вспомогательным цехом завода. По категории надежности электроснабжения (ЭСН) разделяются на 2 и 3 категории:

1) приемники 2 категории - перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники 2 категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;

2) приемники 3 категории - остальные приемники, неподходящие под определение 1и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.

При проектировании системы электроснабжения необходимо правильно установить характер среды, которая оказывает влияние на степень защиты применяемого оборудования.

Электрооборудование работает при нормальных условиях окружающей среды, грунт в районе цеха - суглинок с температурой +5° С.

В помещениях с нормальной средой электрооборудование должно быть защищено от механических повреждений, а также от случайных прикосновений к голым токоведущим частям.

Цех обработки корпусных деталей по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.

По электробезопасности цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе очень много токоведущих частиц (пыли, стружки и т.д.) металла, которые оседают на ЭО. Также возможно соприкосновение обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.

Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный и повторно кратковременный.

Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это режим, при котором превышение температуры нагрева электроприемника над температурой окружающей среды достигает определенной величины τ>уст>. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.

Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков и другого оборудования.

Повторно кратковременный режим - это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.

1.3 Система автоматического включения резерва

Системы автоматического резерва бывают: линий, трансформаторов, электродвигателей, секционных выключателей. В основном применяются на ЛЭП и двухтрансформаторных подстанциях, где необходимо постоянное электроснабжение. Оперативный ток управления АВР может быть как постоянным, так и переменным.

Основные требования, предъявляемые к АВР:

минимальное время включения;

однократность действия, чтобы исключить включение на не устраненное короткое замыкание;

срабатывание обязательно, при исчезновении напряжения по любой причине;

контроль неисправности цепи включения.

Принцип действия АВР.

В нормальном режиме работы выключатели Q>1> и Q>3 >включены, а Q>2 >отключен. При аварии на первой секции исчезает напряжение, срабатывает реле напряжения

2. Расчетная часть

1) Расчет центра электрических нагрузок.

Наносятся на генплан центры электрических нагрузок (ЦЭН) каждого станка.

масштаб генплана т = 2 м/см.

Определяются радиусы кругов активных и реактивных нагрузок, исходя из генплана.

Определяется масштаб активных (m>a>) нагрузок, исходя из масштаба генплана. Принимается для наименьшей нагрузки радиус R>a> = 1 м, тогда

Принимается m>a> = 13,4 кВт/м2. Опредёляется радиус для наибольшей нагрузки при принятом масштабе:

Нанесение нагрузок на генплан в данном масштабе возможно, масштаб утверждается. Определяются радиусы кругов для остальных нагрузок:

Определяются реактивные нагрузки каждого цеха из соотношения:

где tgφ определяется по соsφ.

Определяются радиусы кругов для реактивных нагрузок при том же масштабе, т.е. при m>p> = 13,4 кВАр/м2 по формуле:

Нагрузки кругами наносятся на генплан, активные - сплошной линией, реактивные - штриховой.

Определяются условные ЦЭН активной и реактивной:

Вблизи точки А (14;7) располагают ТП.

Результаты заносятся в "Сводную ведомость нагрузок" (таблица 1).

Таблица 1. Сводная ведомость нагрузок.

№ станка

P, кВт

R>а>, м

Cos φ

Q, кВАр

R>р>, м

tg φ

1

2,2

0,229

0,65

2,6

0,249

1,17

2

2,2

0,229

0,65

2,6

0,249

1,17

3

2,2

0,229

0,65

2,6

0,249

1,17

4

2,2

0,229

0,65

2,6

0,249

1,17

5

2,2

0,229

0,65

2,6

0,249

1,17

6

2,2

0,229

0,65

2,6

0,249

1,17

7

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

8

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

9

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

10

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

11

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

12

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

13

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

14

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

15

3

0,267

0,65

3,5

0,288

1,17

16

42

0,999

0,35

112,1

1,632

2,67

17

42

0,999

0,35

112,1

1,632

2,67

18

4

0,308

0,5

6,9

0,405

1,73

19

5

0,345

0,5

8,7

0,455

1,73

20

7,5

0,422

0,5

13

0,556

1,73

21

10

0,487

0,5

17,3

0,641

1,73

22

10

0,487

0,5

17,3

0,641

1,73

23

5

0,345

0,5

8,7

0,455

1,73

24

5

0,345

0,5

8,7

0,455

1,73

25

5,5

0,361

0,5

9,5

0,475

1,73

26

8,2

0,441

0,5

14,2

0,581

1,73

27

10

0,487

0,5

14,2

0,581

1,73

28

5,2

0,351

0,5

9

0,462

1,73

29

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

30

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

31

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

32

1,2

0,169

0,65

1,4

0182

1,17

33

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

34

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

35

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

36

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

37

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

38

1,2

0,169

0,65

1,4

0,182

1,17

39

1,5

0,189

0,5

2,6

0,249

1,73

40

4,5

0,327

0,5

7,8

0,43

1,73

41

4,5

0,327

0,5

7,8

0,43

1,73

42

5,8

0,371

0,5

10

0,487

1,73

43

2,4

0,239

0,5

4,2

0,316

1,73

44

2,4

0,239

0,5

4,2

0,316

1,73

45

5

0,345

0,8

3,8

0,3

0,75

46

5

0,345

0,8

3,8

0,3

0,75

Расчет зоны рассеивания ЦЭН цеха.

Каждый приемник электроэнергии, цех, промышленное предприятие, работают в соответствии со своим графиком нагрузок, который изменяется в соответствии с технологическим циклом данного производства. Поэтому нельзя говорить о ЦЭН как о стабильной точке, координаты ЦЭН в каждый момент времени будут принимать значения определенные графиком нагрузки. Однако для простоты вычисления в данной курсовой работе примем, что нагрузки приемников являются фиксированными величинами и не зависят от времени суток.

Найдем координаты центра электрических нагрузок механического отделения в соответствии с планом представленном в приложении 1. Совместим начало координат с точкой О. Расстояния находятся с учетом масштаба. Координаты ЦЭН находятся по формулам:

(1)

Произведя вычисления, получим, что

Положение ЦЭН в зоне рассеяния зависит от координат мест расположения приемников в группе и их относительных нагрузок. Следовательно, зона рассеяния является геометрической характеристикой взаимного расположения объектов. Для определения зоны рассеяния ЦЭН необходимо найти закон распределения координат центра. Вычислим оценки параметров нормального закона распределения по формулам:

, (2)

где

-

значение относительной нагрузки i-го приемника.

Получим:

Как видно значения практически не отличаются от координат ЦЭН. Полученные значения используем для нахождения меры рассеяния (среднеквадратичного отклонения).

(3)

Получим:

Оценки параметров нормального закона распределения являются состоятельными, так как при увеличении числа наблюдений они сходятся по вероятности. Они являются несмещенными, так как математические ожидания их равны самим параметрам. Наконец эти оценки являются эффективными, так как их дисперсия минимальна.

Для построения эллипса, ограничивающего зону рассеяния, определим его полуоси по формуле:

(4)

где - ; ,

, тогда ,

; .

Приняв в качестве доверительной вероятности значение и решив данное уравнение, получим .

Тогда значения полуосей будет выражаться формулой:

. (5)

Найдем эти значения:

.

Найдем коэффициент корреляции:

. (6)

Вычислим направление полуосей эллипса, т.е. угол поворота осей:

. . (7)

Для построения зоны рассеяния в данном случае достаточно перенести оси эллипса параллельно самим себе в точку с координатами , по осям отложить расстояния и , затем повернуть оси на угол .

2) Расчет электрических нагрузок

Создание любого промышленного объекта начинается с его проектирования. Не простое суммирование установленных (номинальных) мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП.

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы.

При определении расчетных нагрузок предприятия в основном производят методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума). Метод применяется в тех случаях, когда известны номинальные данные всех ЭП предприятия и их расположения на плане цеха.

2.1 Для расчета нагрузок разделим все ЭП цеха на: ШМА1, ШМА2, РП1, РП2 и ЩО

2.1.1 Расчет ШМА1

Данные по приемникам:

Наименование

Нагрузка установочная

Р>Н, >кВт

n

шт

ΣР>Н>

кВт

К>И>

Cosφ

tgφ

25

5,5

1

5,5

0,14

0,5

1,73

26

8,2

1

8,2

0,14

0,5

1,73

28

5,2

1

5,2

0,14

0,5

1,73

45,46

5

2

10

0,6

0,8

0,75

2) Определяем активную номинальную групповую мощность приемников, приведенных к длительному режиму:

ΣР>Н> =28,9 кВт;

3) Определяем активную среднюю мощность:

Р>см >= k>и>Р>5-8 >+ k>и>Р>11,12,39,40 >+ k>и>Р>13-16 >+ k>и>Р>9,10 >+ k>и>Р>43-50 >= 8,6 кВт;

4) Определяем средний коэффициент использования группы электроприемников

;

по таблице выбираем К>м> =1,24

5) Определяем среднюю реактивную мощность:

Q>см >= Σ (Р>см> · tgφ) = 9 квар;

6) Определяем среднюю полную мощность:

S>см> = ;

7) Определяем средневзвешенный tg φ:

;

8) Определяем показатель силовой сборки в группе

;

9) Так как m < 3, k>и >> 0,2, n = 5 то: n>э >=5.

10) Определяем максимальную мощность для группы приемников:

P>м>= к>max>·P>см >= 28,6 = 17,2 кВт;

.

11) Определяем общую расчетную мощность для группы приемников

.

12) Определяем расчетный ток для группы приемников

.

2.1.2 Расчет строки итого на ШНН

1)

2)

3)

4)

Расчет остальных групп электроприемников производим аналогично. Результаты расчетов заносим в сводную таблицу нагрузок 2.1

2.2 Компенсация реактивной мощности.

Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели и индукционные печи. Прохождение в электрических сетях реактивных токов обуславливает добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требует увеличение номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей системы электроснабжения.

Меры по снижению реактивной мощности: естественная компенсация без применения специальных компенсирующих устройств; искусственные меры с применением компенсирующих устройств.

К естественной компенсации относятся: упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки; создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации; замена мало загруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка; применение синхронных двигателей вместо асинхронных; ограничение продолжительности холостого ход двигателей и сварочных аппаратов.

К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности.

2.2.1 Выбор компенсирующих устройств

1) Определяем мощность компенсирующего устройства

где tgφ>k> - находится в зависимости от cosφ>k>=0,92, который необходимо получить после установки КУ, Р>м> - общая активная мощность системы электроснабжения;

Выбираем две комплектные конденсаторные установки:

КУ - УКН-0,38-35 мощностью Q>к. ст> = 35 квар;

2) Определяем фактический tgφ

3) Определяем cosφ в зависимости от tgφ

cosφ>ф> = cos (arctg φ>ф>) = 0,96

Полученный cosφ>ф> удовлетворяет условию, поэтому выбранные компенсирующие устройства можно принять к установке.

2.2.2 Расчет максимальной нагрузки после компенсации

1)

2.3 Выбор трансформаторов

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях является одним из основных вопросов рационального построения СЭС.

Двухтрансформаторные подстанции применяют при значительном числе потребителей 1 и 2-й категории. Целесообразно применение двухтрансформаторной подстанции при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы. Как правило, предусматривается раздельная работа трансформаторов для уменьшения токов КЗ.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, допустимой перегрузки трансформаторов и их экономической загрузки.

Наивыгоднейшая (экономическая) загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории ЭП, от числа трансформаторов и способов резервирования.

Совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок определяет нагрузочную способность трансформаторов, в основу расчета которой положен тепловой износ изоляции трансформатора. Допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки не приводят к заметному старению изоляции и существенному сокращению нормальных сроков службы.

Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности зависят от продолжительности перегрузки в течении суток, от температуры окружающей среды и системы охлаждения трансформатора.

Расчет номинальной мощности трансформаторов после компенсации.

1) Так как в цехе преобладают приемники 2-й категории, то целесообразно выбрать 2 трансформатора для установки на цеховую трансформаторную подстанцию.

2) Номинальную мощность трансформаторов определяем по условию

где β>т> - коэффициент загрузки трансформатора, для приемников второй категории принимается 0,7-0,8; S>р> - расчетная максимальная мощность.

S>р>=S>м>+S/, где S/=кВА

S>р>=128,6+13,1=141,7 кВА

,

Принимаем к установке трансформатор с номинальной мощностью 100 кВА.

3) По условию коэффициент загрузки трансформатора β питающего приемники 2 и 3-й категории надежности электроснабжения должен составлять 0,5 - 0,8

Условие по загрузке трансформатора выполняется.

Таким образом, принимаем к установке на цеховую трансформаторную подстанцию 2 трансформатора мощностью 100 кВА марки ТСЗ×100/10

2.4 Выбор аппаратов защиты и распределительных устройств

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горючей изоляцией. Силовые сети, когда по условию технологического процесса или режима их работы могут возникать длительные перегрузки; сети взрывоопасных помещений или взрывоопасных наружных установок независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.

Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей.

Для защиты электрических сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранители являются токоограничивающими аппаратами, так как в них обеспечивается около дуговое пространство и отключение цепи настолько быстро, что при больших кратностях тока в предохранителе ток не успевает достигнуть предельного значения.

Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором до 100 кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и останова электродвигателя и реверса. В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемый электродвигатель от перегрузки. Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока с прямоходовой магнитной системой, в который дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы цепи ЭД.

Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических цепей при анормальных режимах (КЗ и перегрузки), для редких оперативных включений (3-5 в час) при нормальных режимах, а также для защиты цепей от недопустимых снижениях напряжения. Для защиты от токов КЗ в автоматическом выключателе применяется электромагнитный расцепитель мгновенного действия. Тепловой (обычно биметаллический) расцепитель предназначен для защиты от перегрузок, за счет изгибания биметаллической пластины. Расцепитель минимального напряжения срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети (30-50%). Такие расцепители применяют для ЭД, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.

Выбор аппаратов защиты.

Произведем выбор аппаратов защиты устанавливаемых:

1) Тр-р - ШНН.

А;

Выбираем автоматический выключатель на секцию серии

ВА51-53,I>н. а. >= 200 А, I>н. р. >= 200 А, U = 380 В I>У. (Н) >=1,25I>н. р>, I>откл >= 15,5 кА.

ШНН - ШМА1.

Выбираем автоматический выключатель серии

ВА51-33,I>н. а >= 100 А, I>н. р. >= 100А, U = 380В, I>У. (Н) >=1,3I>н. р>, I>откл >= 7,5 кА.

3) ШНН - ШМА2.

Выбираем автоматический выключатель серии

ВА51-33,I>н. а >= 100 А, I>н. р. >= 100А, U = 380В, I>У. (Н) >=1,3I>н. р>, I>откл >= 7,5 кА.

4) ШНН - РП1.

Выбираем автоматический выключатель серии

ВА51-53,I>н. а >= 200 А, I>н. р. >= 200А, U = 380В, I>У. (Н) >=1,25I>н. р>, I>откл >= 15,5 кА.

5) ШНН - РП2.

Выбираем автоматический выключатель серии

ВА51-53,I>н. а >= 200 А, I>н. р. >= 200А, U = 380В, I>У. (Н) >=1,25I>н. р>, I>откл >= 15,5 кА.

6) ШНН - ЩО.

Выбираем автоматический выключатель серии

ВА51-25,I>н. а >= 25 А, I>н. р. >= 20А, U = 380В, I>У. (Н) >=1,35I>н. р>, I>откл >= 3 кА.

Таблица 2.4

I>н. а.,> А

I>н. р. >А

U>ном>, В

Тип АВ

1SF

200

200

380

ВА51-53

SF1

100

100

380

ВА51-33

SF2

200

200

380

ВА51-53

2SF

200

200

380

ВА51-53

SF3

100

100

380

ВА51-33

SF4

25

20

380

ВА51-25

SF5

25

20

380

ВА51-25

Для остальных приемников малой мощности целесообразно применить магнитные пускатели с тепловым реле и предохранители.

Произведем выбор для кривошипного КПМ станка:

1) Выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ-2200 с I>ном> =25 А и номинальным током главных контактов I>ном. гл. кон> = 25 А, U>ном> = 380В;

2) Выбор теплового реле по условию:

А;

Выбираем реле серии РТЛ - 80, I>ср> = 32 А.

3) Выбор предохранителя. Определяем ток плавкой вставки

Выбираем предохранитель типа ПН2-100 с номинальным током патрона I>ном>= 100 А, и номинальным током плавкой вставки I>ном. вст>= 80 А

Аналогично выбираем магнитные пускатели, тепловые реле, предохранители к остальным приемникам.

Результаты заносим в сводную таблицу 2.4.1

Таблица 2.4.

Приемники

Тип

маг. пуск.

I>ном>, А

I>ном гл. вст.,> А

Тип реле

I>Р>, А

Тип

предохр.

I>ном>, А

I>ном вст>, А

Пресс эксцентиковый типа КА-213

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Пресс кривошипный типа К-240

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Вертикально-сверлильные станки типа 2А 125

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Преобразователи сварочные типа ПСО-300

ВА51-63

600

600

Автомат болтовысадочный

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Автомат резьбонакатный

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Станок протяжной

ПМЛ-4200

63

63

РТЛ-80

74

ПН2-250

250

200

Автоматы гайковысадочные

ПМЛ-4200

63

63

РТЛ-80

74

ПН2-250

250

200

Барабаны голтовочные

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Барабан виброголтовочный

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Станок виброголтовочный

ПМЛ-4200

63

63

РТЛ-80

74

ПН2-250

250

200

Автомат обрубной

ПМЛ-4200

63

63

РТЛ-80

74

ПН2-250

250

200

Машина шнекомоечная

ПМЛ-4200

63

63

РТЛ-80

74

ПН2-250

250

200

Автоматы гайконарезные

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Кран-тележка

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Электроточило наждачное

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Автомат трехпозиционный высадочный

ПМЛ-4200

63

63

РТЛ-80

74

ПН2-250

250

200

Вибросито

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

Вентиляторы

ПМЛ-2200

25

25

РТЛ-80

32

ПН2-100

100

80

2.5 Выбор сечения шинопроводов и кабельных линий

1) Выбираем ШНН:

Выбираем кабель АВВГ - 3120, I>Доп >= 240А.

2) Выбираем ШМА1:

Выбираем шинопровод ШРА4-300-32IУ3, а b = 304,5 мм.

3) Выбираем ШМА2:

Выбираем шинопровод ШРА4-300-32IУ3, а b = 304,5 мм.

4) Выбираем кабель для РП1:

Выбираем кабель АВВГ - 3120, 1×70 I>Доп >= 240 А.

5) Выбираем кабель для РП2:

Выбираем кабель АВВГ - 36, 1×6 I>Доп >= 27 А.

6) Выбираем кабель для ЩО:

Выбираем кабель АВВГ - 36, 1×6 I>Доп >= 27 А.

Аналогично выбираем кабеля к остальным приемникам.

Результаты заносим в сводную таблицу 2.4.3

Таблица 2.4.3

Приемники

Тип кабеля АВВГ

I>доп>

Пресс эксцентиковый типа КА-213

3×6, 1×6

27

Пресс кривошипный типа К-240

3×6, 1×6

27

Вертикально-сверлильные станки типа 2А 125

3×6, 1×6

27

Преобразователи сварочные типа ПСО-300

3×300, 1×240

600

Автомат болтовысадочный

3×6, 1×6

27

Автомат резьбонакатный

3×6, 1×6

27

Станок протяжной

3×10, 1×6

42

Автоматы гайковысадочные

3×25, 1×16

75

Барабаны голтовочные

3×6, 1×6

27

Барабан виброголтовочный

3×6, 1×6

27

Станок виброголтовочный

3×10, 1×6

42

Автомат обрубной

3×25, 1×16

75

Машина шнекомоечная

3×6, 1×6

27

Автоматы гайконарезные

3×6, 1×6

27

Кран-тележка

3×6, 1×6

27

Электроточило наждачное

3×6, 1×6

27

Автомат трехпозиционный высадочный

3×10, 1×6

42

Вибросито

3×6, 1×6

27

Вентиляторы

3×6, 1×6

27

2.6 Расчет токов короткого замыкания

2.6.1 Общие сведения о КЗ

При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут возникать замыкания между тремя фазами - трехфазные КЗ, между двумя фазами - двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 - 92% от общего числа КЗ).

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами коротких замыканий могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.

Короткие замыкания могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ самоликвидируется в течении безтоковой паузы коммутационного аппарата.

Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.

Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.

Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.

2.6.2 Расчет токов КЗ

1) Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема - упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все элементы линии. Расчетная схема представлена на рисунке 2.4

2) По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета КЗ (рис.2.5). Все сопротивления указаны в именованных единицах.

3) Определяем сопротивления для трансформатора R>т>=31,5мОм, Х>т>=64,7 мОм

4) Определяем сопротивления для автоматических выключателей

1SFR>1>>SF>= 11,12 мОм, X>1>>SF>=0,13 мОм, R>Н1>>SF>=0,25 мОм

SF1R>SF>>1>= 0,4 мОм, X>SF>>1>=0,5 мОм, R>Н>>SF>>1>=0,6 мОм

SFR>SF>= 0,7 мОм, X>SF>=0,7 мОм, R>Н>>SF>=0,7 мОм

5) Определяем сопротивление кабельных линий и ШМА1. КЛ1r>0>/=0,1 мОм, x>0>=0,78 мОм. Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то

КЛ2r>0>/=0,329 мОм, x>0>=0,081 мОм

ШМА1: r>0>=0,15 мОм, x>0>=0,17 мОм

6) Определяем сопротивления участков между точками КЗ.

7) Вычисляются сопротивления до каждой точки КЗ:

9) Определяются коэффициенты К>У> и q:

8) Определяем 3-фазные и 2-фазные токи КЗ

9) Определяем ударные токи КЗ

10) Определяем действующее значение ударного тока

11) Определяем 1-фазные токи КЗ

Результаты заносим в сводную ведомость токов КЗ таблица 2.4

Таблица 2.4

Точки

R>к,>

мОм

X>к>,

мОм

Z>к>

мОм

R>к>X>к>

К>у>

q

,

кА

i>у, кА>

,

кА

,

кА

Z>п>,

мОм

,

кА

К1

57,87

64,83

86,9

<1

1

1

2,7

3,8

2,7

2,3

15

0,8

К2

91,05

83,61

123,6

>1

1

1

1,9

2,6

1,9

1,7

86

0,64

К3

93,11

83,8

125,3

>1

1

1

1,8

2,5

1,8

1,6

87,5

0,63

2.7 Расчет освещения

Нормы освещенности: производственные участки - 200 лк, кабинеты - 100 лк, коридоры - 50 лк

2.7.1 Производственный участок

Размер производственного участка А=48м, В=30м, S=1440 м2.

Выбираем светильник с одной лампой ДНаТ 400.

Светильники устанавливаются на высоте Нр=5м.

Руд=10 [Вт / м2]

При Е=200Лк

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 10  1136,8 = 11368 [Вт]

n = Ру. ст / Рсв

n = 11368/400 " 28,4 [шт]

n = 28 [шт]

4 ряда по 7 светильников.

2.7.2 Кабинет мастера

Размер производственного участка А=8м, В=6м, S=48м, высота Нр=4м.

Выбираем светильники ПСО-0.2 с двумя люминисцентными лампами ПБ-40.

При Е=100Лк

Руд=4.5Вт/м2

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 4,5  48 = 216 Вт

n = Ру. ст / Рсв

n = 216/80 " 2,7 шт.

n = 3 [шт].

2.7.3 Склад штампов

Размер производственного участка А=10м, В=8м, S=80м, высота Нр=5м.

Выбираем светильники ПСО-0.2 с с одной лампой ДНаТ 400.

При Е=200Лк

Руд=8Вт/м2

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 8 80 = 640 Вт

n = Ру. ст / Рсв

n = 640/80 " 8 шт.

n = 8 [шт].

2.7.4 Инструментальная

Размер производственного участка А=8м, В=4м, S=32м, высота Нр=5м.

Выбираем светильники ПСО-0.2 с с одной лампой ДНаТ 400.

При Е=200Лк

Руд=8Вт/м2

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 8  32 = 256 Вт

n = Ру. ст / Рсв

n = 256/80 " 3,2 шт.

n = 3 [шт].

2.7.5 Агрегатная

Размер производственного участка А=8м, В=8м, S=48м, высота Нр=5м.

Выбираем светильники ПСО-0.2 с с одной лампой ДНаТ 400.

При Е=200Лк

Руд=8Вт/м2

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 848 = 384 Вт

n = Ру. ст / Рсв

n = 384/80 " 4,8 шт.

n = 5 [шт].

2.7.6 Вентиляторная

Размер производственного участка А=8м, В=4м, S=32м, высота Нр=5м.

Выбираем светильники ПСО-0.2 с с одной лампой ДНаТ 400.

При Е=200Лк

Руд=8Вт/м2

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 832 = 256 Вт

n = Ру. ст / Рсв

n = 256/80 " 3,2 шт.

n = 3 [шт].

2.7.7 Голтовочная

Размер производственного участка А=16м, В=10м, S=160м, высота Нр=5м.

Выбираем светильники ПСО-0.2 с с одной лампой ДНаТ 400.

При Е=200Лк

Руд=8Вт/м2

Ру. ст = Руд  S

Ру. ст = 8160 = 1280 Вт

n = Ру. ст / Рсв

n = 1280/80 " 16 шт.

n = 16 [шт].

2.7.8 Расчет и выбор сечений питающей и распределительной сети освещения и проверка на потерю напряжения

Сеть, падающая электроэнергию от трансформатора понижающей подстанции к светильникам состоит из питающей и распределительной линий. К расчету предъявляются следующие требования:

а) Выборное сечение провода и кабеля должно обеспечивать требуемое напряжение у источников света

б) Токовые нагрузки по проводам не должны превышать допустиые значения

в) Питание шины не должно иметь большой потери мощности

Для того чтобы выбрать ШОС надо найти номинальной ток одной группы ламп:

Iн = Pу / n  U

Iн = 14400/4  220 = 18 [А]

Iн = 18 [А]

По приложению выбираем тип осветительного шинопровода: ШОС 80-65.

Допустимый длительный ток 50 А. Для защиты осветительных шинопроводов от к. з. используем автоматические выключатели АЕ2000-25-12.5

2.8 Проверка элементов цеховой сети

1) Согласно условиям по токам КЗ автоматы проверяются:

а) на надежность срабатывания:

1SF:

SF1:

SF:

Надежность срабатывания автоматов обеспечена.

б) отключающую способность:

1SF:

SF1:

SF:

Автомат при КЗ отключается не разрушаясь;

в) на отстройку от пусковых токов. Учтено при выборе К>0> для Iу (кз) каждого автомата:

Iу (кз) I>п> (для Эд);

Iу (кз) I>пик> (для РУ).

2) Согласно условиям проводники проверяются:

а) на термическую стойкость:

КЛ1:

КЛ2:

КЛ3 (ШНН-РП1):

По термической стойкости кабельные линии удовлетворяют;

б) на соответствие выбранному аппарату защиты:

учтено при выборе сечения проводника:

3. Согласно условиям шинопровод проверяется:

а) на динамическую стойкость:

для алюминиевых шин Н/см2.

так как l = 40 м, a один пролет l = З м то имеем 13 пролетов.

Принимается установка шин "плашмя" с а = 100 мм.

Шинопровод динамически устойчив.

б) на термическую стойкость:

Шинопровод термически устойчив, следовательно, он выдержит кратковременно нагрев при КЗ до 200 °С.

4. По потере напряжения линия ЭСН должна удовлетворять условию

что удовлетворяет силовые нагрузки.

Выполненные проверки элементов ЭСН показали их пригодность на всех режимах работы.

2.9 Определение расхода и потерь ЭЭ в цеховой сети за год

При отсутствии данных об удельных расходах годовой расход активной электроэнергии для отдельных цехов и предприятий в целом находиться из соотношения:

- коэффициент энергоиспользования, который для машиностроительной промышленности составляет .

- годовая продолжительность работы силовых приемников или годовой фонд работы. Для предприятия работающего в две смены по 8 часов составляет 4500 часов.

Годовой расход электроэнергии для освещения составляет:

- годовое число часов использования осветительной нагрузки, значение которого зависит от сменности предприятия и географической широты его расположения. Внутренне освещение при двухсменной работе на нашей широте составляет 2100 часов.

Таким образом общий расход электроэнергии составит:

Число часов максимальных потерь:

Потери ЭЭ в трансформаторах:

Потери ЭЭ в магистральном шинопроводе:

Потери ЭЭ в распределительном шинопроводе находим по формуле:

,

Потери в линиях, питающих распределительные щиты определяем по формуле:

Так как кабели, соединяющие индивидуальные потребители ЭЭ с распределительными щитами очень короткие (до 10 метров), то потери энергии в них малы и мы их не учитываем.

Суммарные потери по цеху:

Потери в цеховой сети за год в%:

Заключение

В данной пояснительной записке произведен расчет электроснабжение электромеханического цеха, целью которого является выбор наиболее оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов, позволяющих обеспечить необходимую надежность электропитания и бесперебойной работы цеха.

В ходе выполнения курсового проекта мы произвели расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм. Выбрали количество и мощность трансформаторов, с учета оптимального коэффициента их загрузки и категории питающихся электроприемников. Выбрали наиболее надежный вариант сечения проводов и кабелей питающих и распределительных линий. Произвели расчет токов короткого замыкания. Определили мощность компенсирующих устройств.

На основе произведенных расчетов можно сделать вывод, что выбран наиболее оптимальный и рациональный вариант электроснабжения электромеханического цеха.

Список используемой литературы

1. "Справочник по проектированию электроснабжения". Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера; М.: Энергия, 1980г.

2. "Фёдоров А.А., Каменева В.В. "Основы электроснабжения промышленных предприятий". М., "Энергия", 1979.

3. Правила устройства электроустановок, М. "Госэнергонадзор", 2000.

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий, Ч.1 и 2, под ред. Фёдорова А.А., Сербиновского Г.В. М.: "Энергия", 1973.

5. "Расчет и проектирование схем электроснабжения" Шеховцов 2002г.

6. Конспект лекций по электроснабжению промышленных предприятий.