Проектирование электроснабжения цеха

Введение

В курсовом проекте рассматривается проектирование электроснабжения конвертного цеха предприятия металлургической промышленности, в частности:

• выбор напряжения цеховой сети и системы питания цеха;
• выбор электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры;
• расчет  электрического освещения цеха;
• расчет электрических нагрузок цеха;
• расчет необходимой компенсирующей мощности, а также выбор типа  компенсационного электрооборудования;
• выбор мощности, числа трансформаторов и места размещения цеховой подстанции;
• составление схемы цеховой электрической сети;
• расчет и выбор распределительной силовой сети;
• выбор аппаратов защиты и построение карты селективности защиты цепи питания одного электроприемника;
• выбор аппаратуры ячейки КРУ на ГПП – 10 кВ;
• выбор  кабелей 10 кВ питающих цеховую трансформаторную подстанцию;
• расчет показателей качества электрической энергии;
• расчет заземления.

 

1. Краткая характеристика потребителей цеха

В данном курсовом проекте рассчитывается электроснабжение электрооборудования конвертного цеха предприятия металлургической отрасли.

Цех разделен на два участка: технологический  и ремонтный.

Основными электроприемниками в технологической  части цеха являются: приводы повората конвертеров и наклона миксеров, питающиеся постоянным током (мощностью 100-700 кВт). Следующая группа электроприемников: заливочный и разливочный краны мощностью до 470 кВт, дымососы мощностью до 2000 кВт, насосы и вентиляторы мощностью 20-200 кВт. Напряжение питания 380 В, 6-10 кВ. Приводы поворота конвертеров и наклона миксеров, а также краны работают в режиме ПКР, остальные электроприемники в режиме ПР.

Основными электроприемниками в ремонтной  части являются: различные виды станков, вентиляторы, насосы, автоматические линии, машины дуговой сварки, индукционные печи, мостовые краны, транспортеры.

1. Установленная мощность

Установленная мощность – основная характеристика электрооборудования. Для электродвигательной  нагрузки ремонтной части цеха активная номинальная суммарная мощность составляет 719 кВт. Для не электродвигательной нагрузки полная суммарная мощность равна 276 кВ·А и активная номинальная суммарная мощность составляет 76 кВт.

Установленная активная мощность электрооборудования  технологической части цеха 1170 кВт.

2. Род тока, частота тока

В проектируемом  цехе применяется переменный ток  частотой 50 Гц.

3. Режим работы

В цехе имеются потребители с продолжительным  и повторно-кратковременным (ПКР) режимами  работы.

ПКР – это режим, при котором температура  за время включения повышается, за время пауз снижается, однако, нагрев за время цикла этого электроприёмника не достигает установившейся температуры, а за время паузы температура  не достигает температуры окружающей среды.

Продолжительность включения для ПКР:

, (1.1)

где  t_р – время работы, с;

t_ц   10 мин – среднее время цикла, с;

t_п – время пауз, с.

 

 

В ПКР  работают электродвигатели мостовых кранов и машины дуговой сварки.

 

Продолжительный режим – это режим, при котором  температура ЭП возрастает по экспоненте и через определённое время достигает  установившегося значения.

ЭП  продолжительного режима работы характеризуются  коэффициентом включения:

(1.2)

где t_в – время включения ЭП, с.

В продолжительном режиме работают электроприводы насосов, вентиляторов, автоматических линий, металлообрабатывающих  станков, транспортеров. В продолжительном режиме, но с переменной нагрузкой и кратковременным отключением, работают электродвигатели станков.

Для машин дуговой сварки характерен импульсный режим работы.

4. Степень бесперебойности электроснабжения

Крнвертерный цех относится к потребителям II категории, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовом простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроснабжение цеха в нормальных режимах обеспечивается электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, но без АВР (автоматическом вводе резерва) на секционном выключателе.

При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы  перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

5. Стабильность  расположения электрооборудования

Различают промышленные предприятия с высокой  и низкой степенью стабильности расположения электрооборудования. Данный цех относится  к цехам с высокой степенью стабильности расположения оборудования. Технологии периодически обновляются, следовательно, обновляется и оборудование. Период обновления – не менее 5 лет.

 

6. Характеристика помещения по ПУЭ

Цеховые помещения разделяются на 4 класса: нормальные; опасные по коррозии; пожароопасные; взрывоопасные.

Конвертерный цех относится к помещениям со средой, опасной по коррозии. В данных помещениях среда действует разрушающе на материал проводников и изоляцию из-за присутствия пыли, сырости, газов, паров кислот и щелочей.

В данных помещениях применяют радиальные схемы  электроснабжения, выполненные кабелями, которые прокладываются в пластмассовых  трубах или подвешиваются на тросах.

 

2. Выбор напряжения цеховой сети

Все электроприемники в цеху являются потребителями  переменного тока, частотой 50 Гц. В цеховой сети возможно применение напряжений 380 В и 660 В.

Напряжение 660 В имеет ряд преимуществ перед напряжением 380 В:

• ток уменьшается в раз;
• повышается пропускная способность электрической сети в раз, и вместе с этим снижаются потери электроэнергии в сети в 3 раза;
• снижается ток короткого замыкания. Это приводит к ослаблению требований к аппаратам защиты;
• снижение потерь позволяет увеличить радиус действия цеховых трансформаторов. Это позволяет увеличить номинальную мощность трансформаторов и снизить их число.

Напряжение 660 В применяется на предприятиях со следующими характеристиками:

• имеется большое количество электродвигателей в диапазоне мощностей 200 – 600 кВт;
• большая протяженность электрических сетей;
• предприятия по добычи угля.

Напряжение 660 В как внутрицеховое целесообразно применять на тех предприятиях, на которых по условиям расположения цехового технологического оборудования или окружающей среды нельзя или затруднительно приблизить цеховые трансформаторные подстанции к питаемым ими электроприемникам.

В конвертерных цехах нет электродвигателей большой мощности. Размеры цеха, а, следовательно, и протяженности внутрицеховых сетей, не велики. Удельная плотность электрических нагрузок так же мала. Вследствие этого эффективность внедрения напряжения 660 В незначительна. Так же при использовании напряжения 660 В возникает необходимость установки дополнительных трансформаторов. Затраты на электрооборудование с номинальным напряжением 660 В выше, чем на аналогичное на напряжение 380 В. Учитывая вышесказанное, целесообразно применение напряжения 380 В.

Окончательно  для данного цеха принимаем трехфазную четырехпроводную сеть переменного  тока напряжением 380/220 В и частотой 50 Гц, с глухозаземленной нейтралью. Осветительные установки и цепи управления всеми агрегатами питаются от напряжения 220 В. Номинальное напряжение основной части электроприемников 220 или 380 В.

3. Выбор схемы электроснабжения

Питание потребителей будет осуществляться от двухтрансформаторной подстанции, так как потребители цеха в  основном относятся ко II категории

по  бесперебойности электроснабжения. Питание цеховой ТП осуществляется от ГПП предприятия по кабельным линиям напряжением 10 кВ.

Для проектируемого цеха выбираем радиальную схему электроснабжения, так как среда цеха является опасной по коррозии.

Электроснабжение  потребителей выполняется с помощью кабельных линий и распределительных щитов.

Схема электроснабжения электроприемников  цеха приведена на рисунке.

 

Рисунок 3.1 – Однолинейная схема электроснабжения электроприемников цеха

4. Подбор двигателей, пусковой и защитной аппаратуры для электроприемников

1. Выбор электродвигателей

Мощность  единичного электроприемника не превышает 100 кВт, поэтому наиболее целесообразно  использовать асинхронные электродвигатели. Принимаем двигатели серии АИР. Степень защиты двигателей IР54, номинальный режим работы продолжительный.

Выбор электродвигателей осуществляется исходя из следующих условий:

;

,

где U_ном д – номинальное напряжение двигателя, В;

U_сети – напряжение питающей сети, U_сети = 380 В.

P_ном д – номинальная мощность двигателя, кВт;

P_зад– заданная мощность приводимого механизма, кВт.

Для токарного станка с установленной мощностью 4 кВт выбираем двигатель АИР100S2 со следующими паспортными данными: P_н = 4 кВт; n_с = 3000 об/мин; I_н = 7,9 А; η_н = 87%; cos φ = 0,88; k_п =7,5.

Технические данные двигателей для всех механизмов и агрегатов приведены в таблице 4.1.

4.2 Выбор пусковой и защитной аппаратуры

 

Выбор типа электродвигателей, пусковой и  защитной аппаратуры произведём в соответствии с характеристикой производства и средой цеха. Электроприводом станков, насосов, транспортёров, автоматических линий являются асинхронные двигатели  с короткозамкнутым ротором серии  А, как наиболее простые и надёжные в эксплуатации.

Для асинхронных двигателей выбирем  блоки серии Б5430 УХЛ4 и технические характеристики аппаратов блоков. Расшифровка блоков типа Б5430 УХЛ4:

Б – блок;

5 – управление асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором;

4 – управление реверсивным двигателем;

30 – порядковый номер серии в классе 5;

УХЛ4 – для умеренного климата.

Выбор производится по выражению (4.3):

(4.3)

где  - номинальный ток блока, А;

- номинальный ток электродвигателя, А.

 

Величины, приведённые в каталогах  на асинхронные электродвигатели, связаны  между собой следующими зависимостями:

	(4.4)
	(4.5)

где  - номинальная полная мощность электродвигателя, кВ·А;

- номинальный ток асинхронного  двигателя, А;

- номинальная активная мощность, кВт;

- номинальный коэффициент мощности;

- КПД при номинальных нагрузке  и параметрах.

Номинальный ток двигателя для  агрегатов, работающих в продолжительном  режиме (ПР), рассчитывается следующим  образом:

(4.6)

Пример: рассчитаем пусковую и защитную аппаратуру для токарного станка.

Выбираем асинхронный двигатель АИР100S2 со следующими паспортными данными: P_Н = 4 кВт; n_с = 3000 об/мин; I_Н = 7,9 А; η_Н = 87 %; cos φ = 0,88; k_П =7,5.

Рассчитываем по выражению (4.6) рассчитываем номинальный ток двигателя:

Номинальный ток двигателя для  агрегатов, работающих в повторно-кратковременном  режиме (ПКР), рассчитывается следующим  образом:

(4.7)

Пример: рассчитаем пусковую и защитную аппаратуру для подъёмного механизма мостового крана с ПВ = 40 %.

Выбираем асинхронный двигатель MTF 312-6 со следующими паспортными данными: P_Н = 15 кВт; n_с = 955 об/мин; I_Н = 38 А; η_Н = 82 %; cos φ = 0,73; k_П =7,5.

Рассчитываем по выражению (4.7) рассчитываем номинальный ток двигателя:

По справочным данным выберем аппаратуру блока Б5430:

- защита силовой цепи от коротких  замыканий осуществляется автоматическими  выключателями с комбинированными  расцепителями на ток до 100 А – АЕ2000, на ток до 630 А – А3700;