ЭСН и ЭО механического цеха

Введение

 

В настоящее время тяжёлая и  лёгкая промышленность для производства требует электрическую энергию. Главными задачами специалистов, осуществляющих проектирование современных систем электроснабжения промышленных предприятий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах электроприёмников, электромагнитной совместимости приемников электрической энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.

В курсовой работе выполняется проектирование системы электроснабжения электромеханического цеха, которое включает в себя обоснование  категории надёжности, решение по выбору схемы электроснабжения, расчёт потребляемой электрической мощности, выбор числа и мощности силовых трансформаторов и мероприятия по охране труда и промышленной безопасности.

 

 

1 Общая  характеристика цеха

 

Цеховые сети промышленных предприятий обычно выполняют на 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.

Электромеханический цех (ЭМЦ) предназначен для подготовки заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами.

Он  является одним из цехов металлургического  завода, выплавляющего и обрабатывающего  металл. ЭМЦ имеет станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование: слиткообдирочные, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические станки и др.

В цехе предусмотрены помещения для  цеховой ТП, вентиляторной, инструментальной, для бытовых нужд и пр. ЭМЦ получает ЭСН от подстанции глубокого ввода (ПГВ). Расстояние от ПГВ до цеховой ТП – 0,5 км, а от ЭНС до ПГВ – 10 км. Напряжение на ПГВ – 10 кВ.

Количество рабочих смен – 2. Потребители ЭЭ цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

Размеры цеха А×В×Н = 48×30×9 м.

Вспомогательные помещения двухэтажные  высотой 4 м.

Перечень оборудования ЭМЦ дан  в таблице 1.

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприёмника.

 

Таблица 1 – Перечень ЭО электромеханического цеха

№ на плане	Наименование ЭО	Рэп, кВт	Примечание
1, 21	Краны мостовые	36 кВ∙А	ПВ = 25%
2, 3, 22, 23	Манипуляторы электрические	3,2
6, 28	Точильно-шлифовальные станки	2
7, 8, 26, 27	Настольно-сверлильные станки	2,2
9, 10, 29, 30	Токарные полуавтоматы	10
11 … 14	Токарные станки	13
15…20, 33…37	Слиткообдирочные станки	3
24, 25	Горизонтально-фрезерные станки	7
31, 32	Продольно-строгальные станки	10
38 … 40	Анодно-механические станки	75
41	Тельфер	5
42, 43	Вентиляторы	4,5

 

Расположение основного оборудования показано на плане (рисунок 1).

 

2 Обоснование категории надёжности  и решение по выбору схемы  электроснабжения

 

Все электроприемники по надежности электроснабжения разделяются на три категории.

Электроприемники  І категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых  может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприемников І категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники ІІ категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Допускается питание электроприемников ІІ категории  по одной ВЛ, в том числе с  кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников ІІ категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва  трансформаторов и возможности  замены повредившегося трансформатора за время не более одних суток  допускается питание электроприемников  ІІ категории от одного трансформатора.

Для электроприемников ІІ категории  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.

Согласно  ПУЭ, электроприемники ІІ категории  рекомендуется обеспечивать электроэнергией  от двух независимых, взаимно резервирующих  источников питания.

Электроприемники  III категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения І и ІІ категорий.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превышают 1 суток. Электроприемники учебных мастерских в отношении обеспечения надежности электроснабжения по заданию относятся к электроприемникам ІІ и III категорий.

Электромеханический цех по категории надежности ЭСН  относится к потребителям 2 и 3 категории. В целях экономии и в связи с тем, что при ремонте не произойдет массовый недоотпуск продукции, выбираем трансформаторную подстанцию с одним трансформатором и магистральную схему электроснабжения.

Магистральные схемы питания находят широкое  применение не только для питания многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха.

Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока  трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.

Для питания большого числа электроприемников  сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади  цеха, применяются схемы с двумя  видами магистральных линий: питающими и распределительными. Питающие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин комплектной трансформаторной подстанции (КТП), если главные магистрали не применяются.

К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.

Следует учитывать недостаток магистральных  схем, заключающийся в том, что  при повреждении магистрали одновременно отключаются все питающиеся от нее  электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.

 

 

 

3 Расчёт потребляемой электрической мощности

 

Расчёт выполняется методом  коэффициента максимума (упорядоченных  диаграмм). Для расчёта требуются данные по каждому электроприёмнику, которые приведены в таблице 2 согласно [2, с. 24].

 

Таблица 2 – Параметры электроприёмников

№ группы	Наименование ЭО	n	pн, кВт	kИ	cosφ	tgφ
1	Краны мостовые	2	8,75	0,1	0,5	1,73
2	Манипуляторы электрические	4	3,2	0,1	0,5	1,73
3	Точильно-шлифовальные станки	2	2	0,14	0,5	1,73
4	Настольно-сверлильные станки	4	2,2	0,14	0,5	1,73
5	Токарные полуавтоматы	4	10	0,17	0,65	1,17
6	Токарные станки	4	13	0,14	0,5	1,73
7	Слиткообдирочные станки	11	3	0,17	0,65	1,17
8	Горизонтально-фрезерные станки	2	7	0,14	0,5	1,73
9	Продольно-строгальные станки	2	10	0,17	0,65	1,17
10	Анодно-механические станки	3	75	0,14	0,5	1,73
11	Тельфер	1	5	0,1	0,5	1,73
12	Вентиляторы	2	4,5	0,6	0,6	1,33

 

Эффективное число электроприёмников – это такое число однородных по режиму работы электроприёмников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчётной нагрузки, что и группа электроприёмников с разными мощностями и различными режимами работы.

Определяем эффективное число электроприёмников в цехе

 

.

 

Вычисляем средневзвешенный коэффициент  использования

 

.

 

Находим коэффициент расчётной  нагрузки электроприёмников с помощью  таблицы ([2, с. 26])

 

.

 

Определяем расчётную нагрузку

 

.

 

Расчётная реактивная нагрузка будет  равна

 

.

 

Полная мощность

 

.

 

Расчётный ток

 

.

 

 

4 Выбор числа и мощности силовых  трансформаторов

 

Рассчитаем потери в трансформаторе

;

;

.

 

Результаты расчёта показаны в сводной ведомости (таблица 3).

 

Таблица 3 – Сводная ведомость  нагрузок по цеху

Наименование ЭО	n	kИ	cosφ	tgφ	pн, кВт	qн, квар	sн, кВА	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
Краны мостовые	2	0,1	0,5	1,73	8,75	15,14	17,50
Манипуляторы электрические	4	0,1	0,5	1,73	3,2	5,54	6,40
Точильно-шлифовальные станки	2	0,14	0,5	1,73	2	3,46	4,00
Настольно-сверлильные станки	4	0,14	0,5	1,73	2,2	3,81	4,40
Токарные полуавтоматы	4	0,17	0,65	1,17	10	11,70	15,38
Токарные станки	4	0,14	0,5	1,73	13	22,49	26,0
Слиткообдирочные станки	11	0,17	0,65	1,17	3	3,51	4,62
Горизонтально-фрезерные станки	2	0,14	0,5	1,73	7	12,11	14,0
Продольно-строгальные станки	2	0,17	0,65	1,17	10	11,70	15,38
Анодно-механические станки	3	0,14	0,5	1,73	75	129,8	150,0
Тельфер	1	0,1	0,5	1,73	5	8,65	10,0
Вентиляторы	2	0,6	0,6	1,33	4,5	5,99	7,50
Всего на НН								109,6	105,4	152,1
Потери								3,04	15,21	15,51
Всего на ВН								112,7	120,6	167,6

Определяем расчётную мощность трансформатора с учётом потерь, но без компенсации

.

 

По [1, с. 112] выбираем КТП 160/10/0,4 (комплектная трансформаторная подстанция) с одним трансформатором ТМ 160/10/0,4.

 

Коэффициент загрузки трансформатора

 

.

 

 

 

 

5 Расчёт и выбор компенсирующего устройства

 

Большинство электроприемников, а  также средства преобразования электроэнергии, в силу своих физических свойств требуют для работы, кроме активной мощности, реактивную. Несмотря на то, что на выработку реактивной мощности топливо не расходуется, ее передача по сети вызывает затраты активной мощности, которые покрываются активной энергией генераторов (за счет дополнительного расхода топлива). Кроме того, передача реактивной мощности дополнительно загружает электрические сети и установленное в них оборудование, отнимая некоторую часть их пропускной способности. В то же время, реактивная энергия может производиться непосредственно в месте потребления. Таким образом, уменьшение потерь активной энергии, обусловленных реактивной мощностью, является одной из основных энергосберегающих технологий распределительных сетей электроснабжения.

В общем случае, в энергосистемах для компенсации реактивной мощности применяются синхронные компенсаторы, электродвигатели и конденсаторные установки.

 

Расчёт  производим согласно [2, с. 33].

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

• расчётную реактивную мощность КУ;
• тип компенсирующего устройства;
• напряжение КУ.

 

Определяем расчётную реактивную мощность КУ

 

,

 

где – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается ;

       tgφ, tgφ_к – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации (принимается cosφ_к = 0,92, тогда tgφ_к = 0,43).

 

По [1, с. 123] выбираем УК 4–0,38–100 со ступенчатым регулированием по 50 квар.

 

Определяем фактические значения tgφ_ф и cosφ_ф после компенсации реактивной мощности

;

.

 

 

Определяем расчётную мощность трансформатора с учётом потерь

 

;

;

;

;

;

.

 

Результаты расчёта показаны в  сводной ведомости (таблица 4).