Расчет системы электроснабжения ремонтно-механического цеха станкостроительного завода

ВВЕДЕНИЕ

Электроснабжение является одной из составных частей обеспечения народного хозяйства страны. Без электроснабжения в настоящее время не обходится ни одна промышленность, город и т.д. Одной из задач электроснабжения является обеспечение электроэнергией какого-либо объекта для нормальной работы и жизнедеятельности Основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатывающейся в нашей стране.

Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятиях должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования, надежных экономичных аппаратах, прогрессивных конструкциях схем питания, широком применении автоматизации.

Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.

Важнейшим этапом в развитии творческой деятельности будущих специалистов является курсовое и дипломное проектирование, в ходе которого развивают навыки самостоятельного решения инженерных задач практического применения теоретических знаний.

Основной задачей в электроснабжении является автоматизация с целью обеспечения бесперебойной работы предприятия. Автоматизация позволяет перевести большинство подстанций на работу без постоянного дежурного персонала, что уменьшает эксплуатационные расходы и способствует сокращению числа аварий по вине персонала.

На дипломный проект был рассмотрен станкостроительный завод, в частности был произведен полный расчет системы электроснабжения ремонтно-механического цеха.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание электрического оборудования и технологического процесса цеха и завода в целом

Завод предлагает лесопильные рамы, прирезные многопильные станки, оборудование для переработки древесных отходов, станки для подготовки и заточки дереворежущего инструмента, запасные части для нужд деревообрабатывающих предприятий, многофункциональные бытовые станки.

Авто гараж и пожарное депо предназначены для остановки, стоянки автомобилей тем самым они служат для транспортировки готовых изделий.

Завода управление и ЦЗЛ предназначен для управлением всего завода. ЦЗЛ служит для проведения испытания производимого оборудования.

Столовое помещение предназначено для питание всех рабочих станка строительного завода.

Главный корпус это тот корпус, в котором осуществляется весь процесс изготовления станков.

Компрессорная служит для нагнетания воздуха.

Эстакада к главному корпусу служит как переход из склада формовочных изделий в главный корпус.

Склад формовочных изделий служит для хранения формовочных материалов.

Склад предназначен для хранения изделий.

Склад готовых изделий служит для хранения готовых изделий.

Главный магазин находящийся на территории завода предназначенный для продаж выпускаемой продукции.

Ремонтно-механический цех предназначен для ремонта и проверки механических характеристик производимой продукции.

Лесосушилка служит для сушки леса.

Навес для склада модельных комплектов служит для создания защиты от атмосферных осадков.

Склад комплектов моделей предназначен для хранения моделей.

Пристройка к складу комплектов моделей служит для увеличения площади склада.

Станция осветления воды предназначен для очистки воды.

Модельный цех служит для моделирование изделий.

Насосная предназначена для перекачки воды.

Железнодорожная контора предназначена для распределения и отправки в указанное место поезда.

Ремонтно-строительных цех предназначен для сборки изделий.

Электрооборудование ремонтно-механического цеха

Вентиляторы - предназначены для вентиляции производственных помещений, отсасывания газов, подачи воздуха или газа в камеры электропечей, в котельных и других установках.

Токарные автоматы предназначены для обработки каждой последующей заготовки на которых после их наладки не требует вмешательства оператора. Токарные автоматы используют в массовом и крупносерийном производстве для многоинструментной обработки заготовок

Сверлильные станки предназначены для обработки отверстий сверлами, зенкерами, развертками, раскатниками и осевыми комбинированными инструментами. Эти станки также используют при нарезании внутренних резьб, при получении конических и цилиндрических углублений.

На расточных станках обрабатывают в основном базовые и корпусные детали, от точности обработки которых зависит качество механизмов и машин. В основном на расточных станках обрабатывают отверстия, точно координированные относительно друг к другу и расположенные в одной или нескольких плоскостях.

Токарные станки являются наиболее многочисленной группой металлорежущих станков, с их помощью получают разнообразные профили на наружных, внутренних и торцовых поверхностях вращающихся заготовок. На этих станках обрабатывают плоские, цилиндрические, конические, резьбовые, фасонные поверхности, при чем в качестве режущих инструментов используют не только резцы, но и осевые инструменты: сверла, зенкеры, развертки, цековки и т.п.

В зависимости от условий производства и для обработки заготовок различного вида могут использоваться различные фрезерные станки. Они могут быть подразделены на станки общего назначения и специальные. К станкам общего назначения относятся консольно-фрезерные (вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные, универсальные и широкоуниверсальные станки); бесконсольно-фрезерные станки (с неподвижной или поворотной шпиндельной головкой, с круглым столом, с копировальным устройством); продольно-фрезерные (одностоечные горизонтальные и вертикальные); двухстоечные с двумя или боле шпинделями; карусельно-фрезерные (с одним или боле шпинделем). К специальным станкам относятся копировально-фрезерные, шлице- и шпоночно-фрезерные, барабанно-фрезерные станки.

Плоскошлифовальные станки. Станки этого типа весьма распространены и предназначены для шлифования плоских поверхностей периферией шлифовального круга. В небольших пределах по высоте, допускаемых кожухом шпинделя, возможно шлифовально-вертикальных поверхностей.

Круглошлифовальные станки выпускают повышенной, высокой и особо высокой точности (соответственно класса П, В, А). Для станков соответствующих классов точности регламентированы допуски на размеры шлифуемых заготовок и шероховатость их поверхности.

Направление главного движения резания у строгальных станков горизонтальное. Строгальные станки применяют как в единичном так и в серийном производстве для обработки поверхности с прямолинейной образующей.

1.2 Классификация помещений по взрыво-, пожаро- и электро- безопасности

Таблица 1 - Характеристика помещений

2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Надежность электроснабжения завода и цеха

I категория - наиболее ответственные электроприемники отключение которых может привести к гибели людей или большому недоотпуску продукции. Питание от 2-х и более трансформаторов.

II категория - электроприемники отключение которых приведет к простою производства. Они питаются от 2-х трансформаторов.

III категория - электроприемники не имеющие большого промышленного и хозяйственного значения. Питаются от 1-го трансформатора

По надежности и бесперебойности ЭСН оборудование относится к 3 категории.

2.2 Расчет электрических нагрузок завода, выбор компенсирующего устройства

Расчетная нагрузка силовых приемников цеха определяется из соотношений

где Рн - суммарная установленная мощность всех приемников цеха

Кс - средний коэффициент спроса

Tgf - cоответствуюший характерному для приемников данного цеха средневзвешанному значению коэффициента мощности

Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса

где Ксо - коэффициент спроса, для освещения

Рно - установленная мощность приемников электрического освещения.

Полная расчетная мощность силовых и осветительных приемников цеха определяется

ІІ

Расчетная активная и реактивная мощности групп приемников выше 1000 В определяются из соотношений, а полная из выражения

І+І

Активные суммарные расчетные и реактивные нагрузки потребителей 0,38кВ/0,22кВ и 6 кВ в целом по предприятию определяется суммированием соответствующих нагрузок цехов.

Пример: Авто гараж

=172 КВт

=206,4 Квар

=71,75 КВт

І+=29,80 КВА

Так как цеховых и главных понизительных подстанций еще не выбраны, то приближенно потери мощности в них определяется

ІІ

І+І=76303

=1526 КВ =7630,3 Квар

Необходимая мощность компенсирующего устройств по заводу в целом определяется

=Рст(tgfестг-tgfн)

где Рст активная среднегодовая нагрузка завода

tgfестг соответствует средневзвешанному естественному коэффициенту мощности за год

tgfн соответствует нормативному значению коэффициента мощности

Рст=

где Тmax действительное годовое число работы потребителей электро энергии

Рст= кВт

По данным отдела главного энергетика завода

Cosfн=0,95 значит tgfн=0,33

Мощность компенсирующего устройства

=930квар

Некомпенсированная мощность на шинах 6кВ ГПП

Q=Qp-Qку

где Qр расчетная реактивная мощность завода, отнесенная к шинам 6 кВ ГПП с учетом коэффициента разновременности максимумов силовой нагрузки Крм=0,95

Qр

Qр=(2546,65+3420)0,95+7630,5=13299,5

Q=13299.5-930=12369 квар

В качестве компинсируешего устройств принимаем батареи статических конденсаторов суммарной мощностью 950 квар

Определяем потери активной мощности в них

Руд Qку

где Руд удельные потери активной мощности 0,2% от Qку

0,2% 930=1729,8

Общая активная мощность с учетом потерь в компенсирующих устройствах на шинах подстанций

Р=Рр+ 81963+1729,8=83693,2

где Рррасчетная активная мощность предприятия, отнесенная к шинам 6 кВ или ГПП с учетом коэффициента разновременности максимума силовой нагрузки, Крм=0,95

Рр=(Рр+Рґр)Крм+Рро+Рт

Рр=(3232+4560)0,95+73035+1526=81963 кВт

Расчетная нагрузка на шинах 6 кВ ГПП или ГРП с учетом компенсации реактивной мощности равна

Sґр=І+І (2.2.17)

Sґр=84602,2 кВА

Предполагаем, что на предприятие будет предусмотрена ГПП. Потери мощности в трансформаторах ГПП ориентировочно определяются так

ґґ кВт

ґґ квар

Полная расчетная мощность завода на стороне высшего напряжения ГПП будет равна

Sp=І+І=87899 кВ А

2.3 Определение нагрузок цеха, выбор трансформатора и компенсирующего устройства

P= (2.3.1)

P- мощность оборудования, кВт;

n - количество оборудования

(2.3.2)

m - коэффициент неравномерности.

H= (2.3.3)

Н - неравномерность.

Кран мостовой

P==40кВт

P== 30 кВт

H ==

P = кВт

Сварочные агрегаты

Р=Р кВт (2.3.4)

ПВ - продолжительность включения.

Для щита освещения (ЩО)

P= Вт (2.3.5)

P- мощность освещения, кВт.

А и В - размер цеха.

P- удельная мощность, кВт.

Расчеты производятся для ШМА1 и ШМА2.

Определяется , результат заносим в колонку 8.

Определяются для токарного автомата

кВт (2.3.6)

K- коэффициент использования, берется из справочника;

- активная мощность за смену, кВт

QКвар (2.3.7)

Q-реактивная мощность за смену, Квар;

tg- берется из справочника.

S (2.3.8)

- полная мощность за смену,

результат заносят в колонки 9,10,11 соответственно.

Определяются

кВт (2.3.9)

квар (2.3.10)

(2.3.11)

- максимально активная мощность, КВт

- максимально реактивная мощность, Квар

- максимально полная мощность, результат заносят в колонки 15,16,17.

Определяется ток на РУ, результат заносится в колонку 18.

- максимальный расчетный ток в линии

А (2.3.12)

А

А

А

Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 15,16,17.

=5,6 кВт (2.3.13)

- потери активной мощности, кВт

=28,1 квар (2.3.14)

- потери реактивной мощности, квар

Смотри сводную ведомость таблица 4.

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности.

(2.3.15)

Выбираем один трансформатор типа ТМ-250/10

Схема и группа соединения обмоток Д/У-11

Мощность - 250 кВт.

Сочетание напряжения:

ВН - 10

НН - 0,69

Потери:

ХХ - 740 Вт

КЗ - 370 Вт

Vкз - 4,5%

Iхх - 2,3%

Выбор компенсирующего устройства

QКвар (2.3.16)

QКвар (2.3.17)

S (2.3.18)

I (2.3.19)

Сosf=Pp/Sp=119/193.7=0.6 (2.3.20)

Коэффициент мощности соответствует, выбираю компенсирующее устройство типа КС1-6,3-37,5-2У3

2.4 Расчет и выбор элементов электроснабжения

2.4.1 Расчет защитной аппаратуры электрооборудования цеха

Аппаратура зашиты должна выбирается исходя из устойчивой работы в нормальном и аварийном режимах системы.

Аппаратура зашиты и управления выбирается для ответвлений на основании номинальных участков сетей - исходя из расчетных нагрузок на защищаемый участок цепи. Исполнение аппарата выбирается с учетом условий размещения аппаратов на объекте, также должна быть обеспечена селективность работы зашиты, то есть соблюдение условий, при которых в первую очередь срабатывает аппарат, ближайший со стороны питания к участку цепи с нарушенным токовым режимом. Для зашиты сетей используется предохранители, а также автоматические выключатели.

В данном случае будут выбраны силовые сборки с автоматическим выключателем.

Определяем номинальный ток (А)

I=, где (2.4.1.1)

I= А

Аналогично номинальный ток выбирается для других электроприемников.

Находим номинальный ток расцепителя

I,

где 1,25 - постоянное значение (2.4.1.2)

I А

Для последующих электроприемников расчет производится аналогично и сводится в таблицу.

Таблица 2 - Расчет защитной аппаратуры

2.4.2 Выбор линий электроснабжения электрооборудования

Проводники электрических сетей от прохождения по ним тока нагреваются. Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Значение максимально длительных допустимых токов определены из условий допустимого теплового износа материала изоляции проводов различных марок и сечений.

При расчете сетей по нагреву сначала выбирают марку провода в зависимости от характеристики среды помещений, его конфигурации и способа прокладки сети. Затем переходят к выбору сечения проводников по условию допустимых длительных токов по нагреву - это длительно протекающий ток по проводнику. При котором устанавливается наиболее длительно допустимая температура нагрева проводника. Это имеет важное значение для безопасной эксплуатации сети, так как перегрев может привести к выходу проводника из строя.

Для выбора сечения проводника по условиям нагрева токами нагрузки сравниваются с токами расцепителя Iр, и допустимая Iдоп для проводника принятой марки и условий его прокладки. При это

Iр Iдоп

Выбираем марку провода АПВ. Прокладка этого кабеля производится в трубе. Затем выбираем сечение по т.П.2.1., Л-4.

Таблица 3 - Выбор линий электроснабжения электрооборудования

2.5 Расчет токов КЗ и проверка линии электроснабжения

2.5.1 Расчет токов короткого замыкания

А (2.5.1.1)

- ток сети, А.

Линия от ЭСН до ГПП ВЛ одноцепная АС - 3 х 35, I= 175 А

удельное индуктивное сопротивление

Ом (2.5.1.2)

- удельное индуктивное сопротивление

- протяженность линии, км.

Ом/км (2.5.1.3)

- удельное активное сопротивление, Ом/км.

- удельная проводимость материала, м/Ом.

S - сечение проводника,

RОм (2.5.1.4)

Сопротивление приводится к Н:

Ом (2.5.1.5)

- сопротивление, приведенное к НН

- сопротивление, приведенное к ВН

Ом (2.5.1.6)

- сопротивление, приведенное к НН

- сопротивление, приведенное к ВН

и - высокое и низкое напряжение

Для трансформатора

Ом; Х=27,2 Ом; Z=28,7 Ом; Z=312 Ом

Для автоматов

I н.р.=400 А ВА 51-37

1SF Ом; Ом; Ом

I н.р.=150 А ВА 51-33

SF1 Ом; Ом; Ом

I н.р.= 25 А ВА 51-31-1

SF Ом; Ом; Ом

Для кабельных линий

SF1 - КЛ1: Ом/м: 0,091 Ом/м

Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то

Ом/м (2.5.1.7)

Ом/м (2.5.1.8)

Ом/м (2.5.1.9)

SF - КЛ2: Ом/м: 0,116 Ом/м

Ом/м (2.5.1.10)

Ом/м (2.5.1.11)

Для шинопровода ШРА 250

Ом; Ом

Ом; Ом

(2.5.1.12)

(2.5.1.13)

Для ступеней распределения

Ом; Ом

Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему

Ом (2.5.1.14)

Ом (2.5.1.15)

Ом (2.5.1.16)

Ом (2.5.1.17)

Ом (2.5.1.18)

Ом (2.5.1.19)

Вычисляются сопротивления до каждой точки КЗ и заносятся в «Сводную ведомость токов КЗ»

Ом; Ом (2.5.1.20)

Ом (2.5.1.21)

Ом (2.5.1.22)

Ом (2.5.1.23)

Ом

Ом

Ом

Ом

;

Определяются коэффициенты К и q:

q1=q3=1

Определяются 3-фазные и 2-фазные токи КЗ и заносятся в «Сводная ведомость токов КЗ»:

КА

КА

КА

КА

КА

КА

КА

КА

КА

КА

КА

КА

Таблица 4 - Сводная ведомость токов КЗ

Для кабельных линий

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

кА

кА

кА

Результаты расчета токов КЗ предоставлены в «сводной ведомости токов КЗ»

2.5.2 Проверка линий электроснабжения

Согласно условиям по токам КЗ линии электроснабжения проверяются:

1. на надежность срабатывания:

Надежность срабатывания автоматов обеспечена;

на отключающую способность:

Автомат при КЗ отключается не разрушаясь

на отстройку от пусковых токов. Учтено при выборе для каждого автомата:

(для ЭД)

(для РУ)

Согласно условиям проводники проверяются:

на термическую стойкость:

(2.5.2.1)

- термический коэффициент, берется из справочника

- установившейся 3-фазный ток КЗ

- приведенное время действия тока КЗ

КЛ (ШНН-ШМА): 3 х

КЛ ( ШМА-П ): 3 х

1,7

По термической стойкости кабельные линии удовлетворяют;

На соответствие выбранному аппарату защиты:

учтено при выборе сечения проводника

2.6 Картограмма нагрузок и центр электрических нагрузок заводы и цеха

Для определения местоположения ГПП, ГРН и ТП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок, которая представляет собой размещенные на генеральном плане окружности, причем площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха.

Главную понизительную и цеховые подстанции следует располагать как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Площадь круга в определенном масштабе равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Рi:

І (2.6.1)

Из этого выражения радиус окружности:

(2.6.2)

где Рi - мощность i -го цеха; масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия).