Федеральноеагентство по образованию
Государственное образовательноеучреждение
среднего профессиональногообразования
«Нижневартовский нефтяной техникум»
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
«Эксплуатация электрооборудованияцеха по ремонту наземного оборудования ЗАО «Центрофорс»
ННТО. 270116. 02 4Эл1 02 ПЗ.
Разработал Лумпов А.А.
Руководитель Нагорная О.В.
Консультанты:
Техн. контроль Спирина О.Н.
Нормоконтроль Макарова В.А.
Экономическийконсультант Костенко В.А.
Рецензент Прохоров А.С.
Зав. дневнымотделением МирошниченкоВ.В.
2006 г
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.1Природно – климатические условия и географическое положение проектируемогообъекта
Территория относится кболотному району Западной Сибири, который характеризуетсярезко-континентальным климатом: холодной зимой с сильными ветрами и метелями,короткой и бурной весной, непродолжительным кратким летом и короткой осенью.
Среднегодовая температураянваря — 25 С, июля + 20 С, средняя температура наиболее холодной пятидневки — 40 С. В наиболее жаркое лето температура воздуха достигает плюс 30-35 С, вхолодные зимы – минус 45-57 С.
Выпадение осадков в годсоставляет 750мм, в теплое время года 200-300мм. Средняя высота снежногопокрова на лесных участках составляет 100-150мм, на открытых 0,5м.
С выпадением снега всередине октября устанавливается устойчивый снежный покров, хотя этой зимойон был более мал. Господствующие ветра на данной местности: восточнык,северо-восточные. Рельеф данной территории характеризуется малой разницейвысотных отметок. Почва с поверхности площадки суглинок. Удельное сопротивлениесуглинка Rуд.=100Ом.
1.2Характеристика окружающей среды производственных помещений
Цех по ремонту наземногооборудования относится к сухим помещениям с относительной влажностью воздуха непревышающая 60 %. Помещение отапливаемое, критическое значение температуры не поднимается выше +40ºС и не падает ниже +15ºС. Приточно-вытяжные вентиляцииподдерживают микроклимат и поддерживают влажность в цехе. Хотя в цехе имеютсятрансформаторное масло и бензин, он не относится к особо- и взрыва- опаснымпомещениям, т.к. масло находится в специальном резервуаре, а бензин хранится визолированных канистрах складского помещения. В цехе всё действующее электрооборудование находится внутри помещения, т.ж. в самом здании нет взрывоопасных смесей, химически активной среды, токопроводящей пыли, выделениегаза или пара. Для того чтобы пыль не оседала на рабочем месте и по всему цеху,что может привести к нежелательным результатам ухудшения здоровья, послекаждой работы производят влажную уборку рабочего места.
1.3Характеристика технологического процесса и общие характеристики технологическихмеханизмов с исходными данными на проект
Электрооборудованиепоступившее на ремонт, должно пройти полный технологический контроль на участкепо ремонту оборудования.
Устройство, эксплуатацияи ремонт указанного оборудования и аппаратуры должны отвечать Правиламтехнической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилам техникибезопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.
В соответствии справилами предусмотрены осмотры, техническое обслуживание, текущий, средний икапитальный ремонты. Дежурный и ремонтный персонал по техническому обслуживаниюи ремонту трансформаторов и станций управления должен иметь квалификационнуюгруппу не ниже 4.
Прибывший в ремонттрансформатор и СУ проходит входной контроль, где записывают данныеэлектрооборудования, время прибытия, когда последний раз проходил ремонт, покаким неисправностям поступил в ремонт, какой требуется ремонт. В основном всеприбывшие трансформаторы и СУ проходят капитальный ремонт.
В цехе по ремонтуназемного оборудования имеется следующее электрооборудование характеристики иисходные данные которого приведены ниже: радиально-сверлильный станок, токарныйстанок печь для сушки трансформаторов, два вентилятора для вытяжки, стендиспытания СУ, две кран балки.
Вентилятор предназначен для вентиляции помещений и длявытяжки вредных испарений. Применяются центробежные вентиляторы. Момент на валувентилятора изменяется пропорционально квадрату скорости, а производительностьвентилятора пропорционально угловой скорости в первой степени. Исходные данныевентилятора приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Исходные данные вентилятораТип вентилятора
Произво-дительность
м3/час
Давление,
Па Коэффициент запаса
КПД
вентилятора,
%
КПД
передачи ВЦ 14-465 9000 1000 1.5 80 1
Для подъема и перемещениягрузов в цехе применяется кран-балка грузоподъемностью 10 т. У всех типовкранов основными механизмами для перемещения грузов является подъемные лебедкии механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросовэлектропривода кранов: расчёт статистических нагрузок, выбор двигателей помощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода и другие.Двигатели кран-балки обычно имеют угловую скорость, значительно большую, чемскорость подъёмного барабана или ходовых колес тележки (моста), то движение крабочим органам механизмов крана передаётся через редуктор. Исходные данныекран-балки приведены в таблице 1.2
Таблица 1.2 – Исходныеданные кран-балки.Наименование Условное обозначение Единицы измерения Величина Номинальная грузоподъёмность F H 10000
Сила тяжести грузозахватывающего
устройства F0 H 5000 Высота подъёма Н м 16 Скорость подъёма vn м/мин 8 КПД ηн % 75 Синхронная скорость Пс об/мин 750 Напряжение сети Uн В 380
Сверлильный станок типа 2А55, предназначен для обработкиотверстий диаметром до 50 мм сверлами из быстрорежущей стали. Станок имеет пятьасинхронных короткозамкнутых двигателей: вращения шпинделя, перемещения траверсы, гидрозажима колонны ишпиндельной головки и электронасоса. Частота вращения шпинделя регулируется механическим путем с помощью коробки скоростей в диапазонеот 30 до 1500 об/мин (12 скоростей). Всеорганы управления станкомсосредоточены на сверлильной головке, что обеспечивает значительное сокращение вспомогательного времени при работе на станке. Все электрооборудование,за исключением электронасоса, установлено наповоротной части станка, поэтому напряжение сети 380 В подается черезвводной выключательна кольцевойтокосъемники далее через щеточный контакт в распределительныйшкаф, установленный на траверсе. Исходныеданные токарно-винторезного станка приведены в таблице 1.3
Таблица 1.3 – Исходные данные радиально-сверлильного станка
КПД станка,
%
Скорость резания,
об/мин
Удельное сопротивление резания,
Н/м
Сечение стружки,
м2 54 450 750 0.02
Исходные данные токарногостанка приведены в таблице 1.4
Таблица 1.4 — Технические данные и характеристики токарного станка Наибольший диаметр устанавливаемой заготовки, мм: — над станиной 500 — над суппортом 250 — над выемкой в станине 630 Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм: — над станиной 500 — над суппортом 250 — над выемкой в станине 630 — над прутковом материалом 60 Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм 750 — 2000
Сечение стружки, м2 0,007 Длина выемки в станине от торца фланца шпинделя, мм 300 Наибольший вес устанавливаемой заготовки, кг 1155 Высота резца, устанавливаемого в резцедержателе, мм 25 Размер конца шпинделя передней бабки по DIN 11М Скорость резания, м/с 0,0004 Количество ступеней частот вращения шпинделя 24 Диаметр цилиндрического отверстия в шпинделе, мм 95 Наибольший угол поворота конусной линейки, град 10 Пределы частот вращения шпинделя, об/мин 16-2000 Наибольший крутящий момент на шпинделе, кНм 1,0
Удельное сопротивление резанью, H/м2 1600
2 РАСЧЁТНО –ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1Расчёт и выбор приводных двигателей технологических механизмов и установок
В пропиточной камереустановлены четыре вентилятора для вытяжки, которые расположены на внешнейстене внутри цеха.
Исходные данные вентилятора приведены в таблице 1.1
Определяем мощность Р, Вт, электродвигателя вентилятора:
/>, (2.1)
где
КЗ
–
коэффициент запаса, принимается равным 1.5;
Q
–
производительность вентилятора, м3/с.;
Н
–
давление, Па.;
/>
–
кпд вентилятора;
/>
–
кпд передачи.
/>
Выбираем по каталогу ближайший больший по мощности,соответствующий частоте вращения вентилятора, трёхфазный асинхронныйэлектродвигатель серии 4А, типа 4А160М2У3 мощностью 18 кВт и сводим данные в таблицу2.1. Двигатель со степенью защиты IP44 и способом охлаждения ICA0141,имеет прилитые лапы и приливы для размещения и крепления вводного устройства.Конструктивным решением АД является станина с продольными радиальными рёбрами инаружный обдув установленным на валу реверсивным центробежным вентилятором,защищенный кожухом, который служит одновременно для направления воздушногопотока. Станина АД с высотой оси вращения 50-160 мм изготавливаются изалюминиевого сплава или чугуна. Обмотки короткозамкнутых роторов выполняютлитыми из алюминия или его сплавов. В АД применены подшипники качения среднейсерии: с высотами оси вращения до 160 мм – оба подшипника шариковые. Дляподключения АД к сети служит вводное устройство, расположенное на верхустанины. Устройство допускает присоединения к АД гибкого металлического рукаваи кабелей с медными или алюминиевыми жилами, с резиновой или пластмассовойоболочкой. Конструкция вводного устройства позволяет разворачивать его корпус сфиксацией на 180º, при этом панель с выводными концами обмотки статораостаётся неподвижной. Внутри вводного устройства предусмотрен заземляющий болтдля подключения заземления или оболочки кабеля.
Таблица 2.1-Технические данные электродвигателя типа4А160М2У3 Марка
Рном Скольжение, КПД
соs/>
Пусковые
характеристики кВт % %
Мп/Мн
Mmax/Мн
Мmin/Mн
Iп/Iн 4А160М2У3 18 2.3 88,5 0,92 2,2 2,2 1 7,5
Выбранный двигатель не требуется проверять по пусковомумоменту, т.к. вентиляторы характеризуются весьма значительным моментом трения вмомент трогания. Нет необходимости проверять двигатель по нагреву и наперегрузочную способность т.к. он рассчитан на соответствующую номинальнуюмощность для продолжительного режима работы и нагрев его находится в пределахдопустимого с учетом полного использования заложенных в него активныхматериалов при номинальной мощности.
В цехе имеется радиально-сверлильный станок, предназначенныйв основном для обработки отверстий диаметром до 50 мм, также может обрабатыватьзакаленные заготовки. Исходные данные станка приведены в таблице 1.3
Мощность электродвигателя радиально-сверлильного станка, Р,кВт определяется по формуле:
/>, (2.2)
где
FC
–
удельное спротивление резания, Н/м.;
Uрез.
–
скорость резания, об/мин.;
gC
–
сечение стружки, м2.;
/>
–
кпд станка
/>
По полученной мощности выбираем из каталога ближайший помощности электродвигатель типа 4А160М6У3 и сводим все данные в таблицу 2.2
Таблица 2.2 — Технические данные электродвигателя типа4А160М6У3Марка
Рном Скольжение, КПД
соs/>
Пусковые
характеристики кВт % %
Мп/Мн
Mmax/Мн
Мmin/Mн
Iп/Iн 4А160М6У3 15 3 87.5 0,87 1.2 2 1 6
Исходные данные токарногостанка приведены в таблице 1.4
Мощность электродвигателятокарного станка Рт.ст, кВт определяется по формуле:
/> (2.3)
/>кВт
По полученной мощности выбираем из каталога ближайший помощности электродвигатель типа 4А132S4У3 и сводим все данные в таблицу 2.3
Таблица 2.3 – Технические данные электродвигателя типа 4А132S4У3Типа двигателя
Рном
кВт
ηном
%
n
об/м cosφ
Мп/Мн
Ммах/Мн
Mmin/Mн
Iп/Iн 4А132S4У3 7,5 87,5 1500 0,86 2 2,2 1,6 7,5
Проверку выбранногоэлектродвигателя для токарного станка на перегрузочную способность и условияпуска не выполняю, т.к. при выборе электродвигателя придерживался данных изпаспорта на станок.
Механизация и автоматизация производственных процессовпромышленных предприятий связано не только с выполнением главных технологическихопераций, но и со вспомогательными операциями по транспортировке сырья, готовойпродукции и топлива, которые осуществляются во многих случаях электрическимикранами.
Электрические краны различных конструкций встречаются почтиво всех отраслях народного хозяйства. В цехах металлургических имашиностроительных заводов работают мостовые краны, на рудных дворах заводов иугольных складах электростанций – портальные и козловые перегрузочные краны, настроительстве – башенные, кабельные и т.д.
Электрическое оборудование кранов должно обеспечиватьнадёжную работу при повторно – кратковременном режиме и большой частотевключения в условиях запылённости помещений, высокой влажности воздуха, резкихизменениях температуры. В тоже время электрооборудование должно отвечатьжестким требованиям бесперебойности в работе, высокой производительности,безопасности обслуживания и простоты эксплуатации.
В цехе по ремонту наземного оборудования установлен кран –балка, основными параметрами которого является грузоподъёмность(масса груза,поднимаемого краном) и номинальная скорость движения рабочих органов.
Исходные данные кран – балки приведены в таблице 1.2
Мощность электродвигателя кран – балки Ркр, кВт, определяетсяпо формуле:
/> (2.4)
где
F, F
–
сила тяжести поднимаемого груза и грузозахват-го устройтсва, кН;
v
–
средняя скорость подъема груза, м/с;
nкр
–
КПД кран – балки.
/>
Выбираем по каталогу ближайший больший по мощности, и частотеэлектродвигатель типа 4А112МВ8У3 и сводим все данные электродвигателя в таблицу2.4
Таблица 2.4 – Технические данные двигателя типа 4А112МВ8У3 Марка
Рном Скольжение, КПД
соs/>
Пусковые
характеристики кВт % %
Мп/Мн
Mmax/Мн
Мmin/Mн
Iп/Iн 4А112МВ8У3 3 6.5 79 0.74 1.8 2.2 1.4 6
2.2Выбор режима нейтрали для объекта с учетом технологических особенностейпотребителей электроэнергии, выбор рационального напряжения
Выбор способа заземления нейтрали определяется безопасностьюобслуживания сетей, надёжностью электроснабжения электроприёмников и экономичностью.При повреждениях фазной изоляции способ заземления нейтрали оказывает большоевлияние на ток замыкания на землю и определяет требования в отношениизаземляющих устройств электроустановок и релейной защиты от замыкания на землю.
В установках напряжением до 1 кВ применяют четырехпроводные итрехпроводные сети как с глухозаземлённой, так и с изолированной нейтралью. Вцехе по ремонту наземного оборудования применяется четырёхпроводнаяглухозаземлённая нейтраль, у которой обмотки питающих трансформаторов соединеныв звезду и нейтральные точки электрически соединены с заземляющим устройством(землёй). Для глухозаземлённой нейтрали характерно то что при однофазныхзамыканиях на землю протекают большие токи короткого замыкания,быстродействующая защита отключает поврежденный участок и однофазное замыканиене переходит в междуфазное. На повреждённых фазах напряжение относительно землине повышается и изоляция может быть рассчитана на фазное, а не на междуфазное(линейное) напряжение. Однако при частых однофазных замыканиях на землювозникают тяжелые условия работы отключающих аппаратов, что может привести кповреждению обмотки трансформаторов.
Выбор того или иного стандартного напряжения определяетпостроение всей СЭС промышленного предприятия. Для внутрицеховых электрическихсетей наибольшее распространение имеет напряжение 380/220 В, основнымпреимуществом которого является возможность совместного питания силовых иосветительных ЭП. Наибольшая единичная мощность трёхфазных ЭП, получающихпитание от системы напряжений 380/220 В, как правило, не должна превышать 200 –250 кВт, допускающих применение коммутирующей аппаратуры на ток 630 А.
За последнее десятилетие значительно увеличились нагрузкипотребителей, поэтому было введено повышенное напряжение 660 В. Это вызванотем, что повсеместно стало внедряться напряжение 10 кВ вместо напряжения 6 кВ.
В цехе по ремонту наземного оборудования используетсянапряжение 380/220 В, переменного тока с частотой 50 Гц. Напряжение 380/220 Вцелесообразно применять для питания электроприёмников малой и средней мощности(0.2-200 кВт), а в случае четырёхпроводной системы питания 220/380 В – дляэлектрического освещения. Удельная стоимость двигателей на 380 В на 30-50%ниже, а КПД на 0.5-2% выше, по сравнению с ЭД на напряжение 6 кВ. Стоимостьаппаратуры управления, запасных деталей при монтаже и эксплуатации дляэлектродвигателей на 380 В ниже чем у электродвигателей на 6 кВ. Системапитания сетей напряжением 380/220 В более надёжна чем система сетей с высокимнапряжением.
2.3Выбор схемы питания приёмников электроэнергии на НН, способа и системыпрокладки сети
Сети напряжением до 1 кВ служат для распределенияэлектроэнергии внутри цехов промышленных предприятий, а также для питаниянекоторых ЭП, расположенных за пределами цеха на территории предприятия.Цеховые электрические сети напряжением до 1 кВ являются составной частью СЭСпромышленного предприятия и осуществляют непосредственное питание большинстваЭП. Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессомпроизводства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением ТП, ЭП ивводов питания, расчётной мощностью, требованиями бесперебойностиэлектроснабжения, технико-экономическими соображениями, условиями окружающейсреды.
Для производственныхкорпусов, цехов, состоящих из отдельных помещений, при неравномерном размещенииэлектроприёмников по плащади цеха или их сосредочении на отдельных участкахцеха, рационально применять радиальные схемы ЭС. Радиальная схема ЭСпредставляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих отРУ низшего напряжения ТП и преднозначеная для питания небольших групп ЭПрасположенных в разных местах цеха.
Достоинством радиальныхсхем является их высокая надежность, так как авария на одной линии не влияет наработу ЭП, подключенных к другой линии. Недостатками радиальных схем являются:малая экономичность, связанная со значительным расходом проводниковогоматериала, труб, распределительных шкафов; большое число защитной икоммутационной аппаратуры; ограниченная гибкость сети при перемещениях ЭП,вызванных изменением технологического процесса; невысокая степеньиндустриализации монтажа.
В цехе по ремонту наземного оборудования применяетсярадиальная схема электроснабжения. Электроприёмники получают питание от распределительныхпунктов с помощью кабелей и проводов проложенных в трубах, т.к. по условиямтехнологического процесса возможны механические повреждения изоляциипроводника, что может привести к останову отдельных групп ЭП или всегооборудования в целом, возникновению КЗ, поражению электрическим током рабочегоперсонала.
Электропроводка выполнена изолированными проводами, а такженебронированными кабелями мелких площадей с резиновой и пластмассовой изоляциейжил. Проводка проложена открыто, в стальных и пластмассовых трубах. Открытаяпрокладка наиболее желательна для проведения электромонтажных работ.
2.4 Расчет освещенности и выбор осветительных приборов
Электрическое освещения в производственных помещениях является неотъемлемой частью производства.
Чтобы правильно выбратьнужное нам освещение, необходимо произвести светотехнический расчет. В данномслучае рассчитываем рабочее освещение цеха, выполненное лампами ДРЛ, криваясилы света – Д и рабочее освещение вспомогательного помещения, выполненноголюминесцентными лампами низкого давления
Светотехнический расчетосвещения помещений будет вестись методом коэффициента использования световогопотока. Данный цех имеет средние коэффициенты отражения стен, пола, потолка.
Общие размеры цеха А*В*Н= 60*27*9 м., размеры без вспомогательного помещения(рабочая область гдепроизводят ремонт оборудования), А*В*Н = 50*27*9 м. Высота подвесасветильников – 5м, высота рабочей поверхности – 1.5м.
В цехе присутствуетнормальная окружающая среда, с малым содержанием пыли, вредные, горючие пары ивещества отсутствуют. Насыщенность помещения светом нормальная, точностьзрительной работы средняя. Норма освещенности, Е, при постоянном пребываниелюдей в помещении, 200 лк. Выбираем светильник типа РСП05 700.
Определим расчетную высоту,м, по формуле:
Нр=Н-hсв-hраб (2.5)
где
H
–
высота подвеса светильника, м;
hсв
–
высот светильника, м;
hраб
–
высота рабочей поверхности, м.
Нр=5-0.55-1.5=3 м
Определим расстояниемежду светильниками, м
L=k · Hр (2.6)
где
k
–
коэффициент, зависящий от класса светильника по кривой силы света КСС, / 1 / № табл. 1.4 /
L=2.4 · 3=7.2 м
Определим расстояние отстены до светильника, м
l= (0.3÷0.4) · L (2.7)
l= (0.3÷0.4) ·7.2=2.16÷2.88 м
Построим графическиразмещение светильников в данном цехе, рис.2.1
/>
Рисунок 2.1 – Планрасположения светильников в цехе
Определим индекспомещения
i = /> (2.8)
i = />
Определим коэффициентиспользования светового потока
kи = ηп · ηсв (2.9)
где
ηп
–
КПД помещения; рп=0.5, рс=0.5, рр=0.1, ηп=0.7 при i=5
ηсв
–
КПД светильника, 0.8
kи = 0.7· 0.8=0.56
Определим световой потоклампы, необходимый для обеспечения заданной минимально освещенности, лм
Fл=/> (2.10)
где
Е
–
норма освещенности, лк;
S
–
площадь помещения, м2;
Кз
–
коэффициент запаса, / 1 / № табл.1.5 /
Z
–
коэффициент минимальной освещенности,/ДРЛ=1.15/;
n
–
количество светильников;
Ки
–
коэффициент использования светового потока.
Fл=/>клм
Данному световому потокусоответствует мощность ламп ДРЛ 700 /1/ № табл. 1.7/.
Далее произведём проверкувыбранной мощности светильника методом удельной мощности. Это простой способопределения мощности ламп, необходимых для равномерного освещения какого либопомещения.
Рассчитаем мощность Р, Втодной лампы
Р=w · S/n (2.11)
где
w
–
удельная мощность, Вт/м2
S
–
освещаемая площадь помещения, м2
n
–
количество светильников
Р=14 · 1350/28=675 Вт
Полученный результатмощности 675 Вт => 700 Вт, следовательно расчет выполнен верно. Для всехостальных помещений расчет производится аналогично и полученные результатысведены в таблицу 2.5
По результатам расчётоввидно что в цехе по ремонту наземного оборудования устанавливаются 28светильников с лампами ДРЛ типа РСП05 мощностью 700 Вт, степенью защиты от водыи пыли IP23, классом светораспределения П, КПД80%, диаметр – 0.53м и высотой 0.63м, способ установки – подвесной. В вспомогательном помещении устанавливаются 14 светильников с люминесцентныелампы типа ЛСП02 мощностью 2*65, степенью защиты от воды IP20, классом светораспределения Н, КПД70%, длинна – 0.12м и высотой 153 мм, способ установки – подвесной.
2.5 Расчет электрических нагрузок проектируемого объекта
Расчёт электрическихнагрузок производится методом коэффициента максимума.
Этот метод применяется,когда известны номинальные данные электроприёмников и их размещение на плане.
Расчёт электрическихнагрузок будет вестись на примере одного узла ЭП.
Как пример рассчитаемнагрузку узла РП2.
Рассчитаеммодуль сборки ЭП, m – показательсиловой сборки в группе.
m=Рн.нб/Рн.нм (2.12)
где
Рн.нб
–
номинальные мощности ЭП наибольшего кВт;
Рн.нм
–
номинальные мощности ЭП наименьшего в группе, кВт.
m=8/2=4
Рассчитаем активнуюсменную мощность всего узла ЭП, кВт
Рсме=Ки*∑Рном (2.13)
где
∑Рном
–
суммарная мощность ЭП, кВт;
Ки
–
коэффициент использования ЭП, кВт.
Рсме=0.14*12.4=1.73кВт
Рассчитаем реактивнуюмощность всего узла ЭП, Qсм,квар
Qсме= Рсме*tgf (2.14)
где tgf – показатель реактивноймощности
Qсме=1.73*1.72=2.98 квар
Рассчитаем коэффициентиспользования узла, Ки, который равен отношению средней активной мощностинагрузки к её суммарной номинальной мощности.
Ки =∑Рсм/∑Рном (2.15)
где
Рсм
–
средняя мощность ЭП, кВт;
∑Рном
–
суммарная номинальная мощность ЭП, кВт.
Ки =1.73/12.4=0.13
Рассчитаем эффективноечисло ЭП, которое необходимо знать для определения Км.
nэ=2*∑Рном/Рн.нб (2.16)
где
Рн.нб
–
мощность наибольшего ЭП в группе, Рн.нб=8
∑Рном
–
суммарная номинальная мощность ЭП, ∑Рном=12.4
nэ=2*12.4/8=3
Рассчитываем активнуюрасчётную мощность всего узла Рр, кВт
Рр=Км*Рсм (2.17)
где
Км
–
коэффициент максимума активной нагрузки,
величина табличная, зависимость Км=f(Kи, nэ);
Рсм
–
средняя активная мощность группы ЭП, кВт
Рр=3.2*1.73=5.53 кВт
Рассчитываем реактивнуюрасчётную мощность всего узла Qр,квар
Qр=Км’*Qсм (2.18)
где
Км’
–
коэффициент максимума реактивной нагрузки, принимают Км’=1.1 при nэ≤10; Км’=1 при nэ>10
Qсм
–
средняя реактивная мощность группы ЭП, квар
Qр=1.1*2.98=3.27 квар
Рассчитываем полнуюрасчётную мощность всего узла Sр,кВ*А
Sр=√ Pp2+Qp2 (2.19)
Sр=√5.532 + 3.262=6.41 кВ*А
Рассчитываем максимальныйрасчётный ток всего узла, I, А
Iр=Sр/Uн (2.20)
где
Uн
–
номинальное напряжение сети, В, Uн=0.38 кВ.
Iр=6.41/1.73*0.38=9.86 А
Рассчитаем потериактивной мощности, ∆Рм, %
∆Рм=0.02*Sм(нн) (2.21)
где Sм(нн)
–
расчетная мощность на стороне низкого напряжения
∆Рм= 0.02 *93.5 = 1.87 %
Рассчитаемпотери реактивной мощности, ∆Qм, %
∆Qм=0.1*Sм(нн) (2.22)
∆Qм=0.1*93.5=9.35 %
Рассчитаем полные потеримощности, ∆Sм, %
∆Sм=√∆Рм2+∆Qм2 (2.23)
∆Sм=√1.872+9.352=9.53%
Расчёт электрическихнагрузок для остальных узлов электроприёмников производится аналогично и полученныерезультаты сводятся в таблицу 2.6
Электрическая сетьпромышленного предприятия представляет собой единое целое, а потому правильныйвыбор средств компенсации возможен лишь при совместном решении задачи оразмещении компенсирующих устройств в сетях напряжением до 1000 В и 6-10 кВ сучётом возможностей получения реактивной мощности от местных электростанций иэлектросистемы.
Для компенсацииреактивной мощности используются батареи конденсаторов, синхронные машины испециальные статические источники реактивной мощности.
На промышленныхпредприятиях основные потребители реактивной мощности присоединяются к сетям до1000 В. Источниками реактивной мощности здесь являются батарея конденсаторная(БК), а недостающая часть перекрывается перетоком из сети высшего напряжения –с шин напряжения 6-10 кВ от синхронных двигателей (СД), батарей конденсаторных(БК), генераторов местной электростанции или из сети электросистемы. Источникиреактивной мощности напряжением 6-10 кВ экономичнее, но передача реактивной мощностив сеть до 1000 В может привести к увеличению трансформаторов и потереэлектроэнергии в сети.
Произведём расчёт и выборкомпенсирующего устройства.
Определим реактивнуюмощность КУ.
Qк.р.=а*Рм(tgf -tgfк) (2.24)
где
а
–
коэффициент, учитывающий повышения cosfестественным способом, принимается а=0.9;
tgfk
–
коэффициенты реактивной мощности после компенсации, задавшись cosfk=0.92…0.95 определяем tgfk;
tgf
–
коэффициенты реактивной мощности до компенсации;
Рм
–
расчётная мощность, берётся по результату расчёта нагрузок.
Qк.р.=0.9*80(0.98-0.33)= 47 квар
По каталогу выбираемустановку конденсаторную УК–0.38–50
Рассчитаемфактическое значение tgfфпосле компенсации реактивной мощности.
tgfф= tgf –Qк.ст/а*Рм (2.25)
tgfф=0.98 – 50/0.9*80=0.7
Определим расчётнуюмощность трансформатора с учётом потерь.
Sр=0.7* Sвн (2.26)
где
а
–
расчётная мощность на стороне высокого напряжения
Sвн=103 кВА
Sр=0.7*103=72.1 кВА
Все полученные данныесводятся в таблицу 2.7
Таблица 2.7 – Своднаяведомость нагрузок Параметр cosf tgf
Рм,
кВт
Qм,
квар
Sм,
кВА Всего на НН без КУ 0.73 0.92 77.05 53.1 93.5 КУ УК-50 Всего на НН с КУ 0.5 0.5 77.05 3.1 43.5 Потери 1.87 9.35 9.53 Всего ВН с КУ 80 12.45 81
2.7Расчёт электрической сети с выбором сечения проводников, их марки, выборкоммутационно-защитной аппаратуры и конструкции, силового пункта,распределительного устройства НН
Сечение проводов линийэлектропередачи должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любойнагрузке в нормальном рабочем режиме, чтобы потеря напряжения в линиях непревышала установленные пределы, и чтобы плотность тока в проводахсоответствовала экономической. Условие которому должно удовлетворять выбранноесечение проводника, непревышение допустимой потери напряжения в линии. Еслипотеря напряжения в линии слишком велика, то с ростом силы тока нагрузки сильноснижается напряжение в конце линии, т.е. напряжение у приёмников. Из-за этогорезко падает вращающий момент на валу двигателей, снижается световой потокэлектроламп, падает производительность электротехнических установок.
В данном проекте цехаиспользуются кабельные линии.
Кабельные линиипрокладываются в местах, где затрудненно строительство ВЛ, например в условияхстеснённости на территории предприятия, переходах через сооружения и т.п. Втаких условиях кабельные линии более надёжны, лучше обеспечивают безопасностьлюдей, чем ВЛ, и дают очень большую экономию территории.
Расчёт сечения проводов икабелей производится по длительно допустимому току и соответствующемутемпературному режиму роботы.
Необходимо рассчитатьсечение и выбрать марку провода каждого ЭП и группы ЭП.
Как пример выберемсечение, токарного станка, марка провода АПВ
Находим расчётный ток, Iр, А.
Iр=Рэп/Uн *сosf*η (2.27)
где
Рэп
–
номинальная мощность ЭП, кВт, Рэп=7.5
Uн
–
номинальное напряжение сети, кВ, Uн=0.38
сosf
–
табличное значение, сosf=0.5
η
–
коэффициент полезного действия, η=0.95
Iр=7.5/1.73*0.38*0.5*0.95=24А
Рассчитаем допустимый ток, Iдоп А, с учетом поправочного коэффициента на t˚
Iдоп.=КП 1* Iд.д (2.28)
где
КП1
–
поправочный коэффициент на t˚, КП 1=0.94
Iд.д
–
установленное значение допустимого тока, из таблицы,
выбирается по условию Iр≤ Iд.д. , Iд.д.=50А
Iдоп.=0.94*55=51.7А
Затем проверяем выбранныйпровод по условию Iр≤ Iдоп= 24≤51.7
Из таблицы выбираемпровод АПВ S=16мм2 и Iдоп=51.7А
После выбора сеченияпроизводится проверка проводника по допустимой потере напряжения.
DU%= 105/Uн2 P L (ro + xotgj) (2.29)
где
Uн
–
номинальное напряжение в сети, В
P
–
мощность электроприёмника, кВт
L
–
длина линии, км
ro, xo
–
величина табличная;
DU%= 105/3802*7.5*0.008(1.89+0.07*1.73)=0.14%
Если потери напряжения в линии составляет не больше илиравно 5%, то сечение проводника выбрано правильно. По остальным ЭП расчётыведутся аналогично, и полученные результаты сводятся в таблицу 2.8
Таблица 2.8 – Выбор марки и сечения проводов и кабелей
Наименование
ЭП
Марка
проводника
Сечение
мм2
Ток
расчётный
Iрасч., А
Ток допустимый
Iдоп., А
Потери напряжения
∆U% Токарный станок АПВ 4(1x16) 24 51 0.14 Радиально- сверлильный станок АПВ 4(1x25) 50 66 0.07 Наждачный станок АПВ 4(1x2.5) 8 18 0.14 Заточный станок АПВ 4(1x2.5) 6 18 0.11 Сверлильный станок АПВ 4(1х16) 26 51 0.07 Вентилятор АПВ 4(1х35) 60 90 0.18 Кран балка АПВ 4(1х2.5) 7 18 0.66 Печь сопротивления АПВ 4(1х16) 30 51 0.37
ЩО 1 АПВ 2(1х2.5) 3 14 0.14
ЩО 2 АПВ 4(1х16) 33 51 1.33
РП 1 АСБГ 4(1х50) 123 155 2.02
РП 2 АСБГ 4(1х25) 40 70 1.15
РП 3 АСБГ 4(1х50) 120 155 1.31
РП 4 АПВ 4(1х16) 30 51 0.3
РП 5 АПВ 2(1х8) 15 34 0.03
РП 6 АСБГ 4(1х50) 120 155 0.03
РП 7 АСБГ 4(1х35) 40 70 0.76
РП 8 АСБГ 4(1х50) 123 155 1.44
ВРУ 1 АСБГ 4(1х120) 238 253 1.47
ВРУ 2 АСБГ 4(1х120) 244 253 1.54
Выбор аппаратов защиты
Токоведущие части (шины,кабели), изоляторы и аппараты всех видов (выключатели, разъединители,предохранители, измерительные трансформаторы тока) должны проверятся насоответствие номинальных параметров расчётным в нормальном режиме и прикоротких замыканиях.
Для станков, гдеиспользуются электрические двигатели, рационально применять магнитныйпускатель.
Как пример рассчитаем ивыберем пускозащитный аппарат для токарного станка.
Рассчитаем токсрабатывания защитного аппарата.
Iср.теп.рас.≥1.25*Iр (2.30)
где
Iр
–
расчётный ток ЭП, Iр=24А
Iср.теп.рас.≥1.25*24=30А
Затем проверим аппарат поусловию.
Iд.д≥Кз*Iср.защ.ап
где
Кз
–
коэффициент защиты, принимается, Кз=1
Iд.д
–
длительно-допустимый ток, Iд.д =55А
55≥1*30
Если условие выполняетсято выбираем из каталога магнитный пускатель ПМЛ – 40/40, номинальнымнапряжением Uн=0.38 кВ
Для каждого ЭП и узла вцелом надо выбрать автомат.
Рассчитаем и выберемавтоматический выключатель для радиально-сверлильного станка.
Рассчитаем токсрабатывания защитного аппарата.
Iср.тп.рс≥1.25*Iр (2.32)
где
1.25
–
кратность установки
Iр
–
расчётный ток ЭП, А
Iср.тп.рс≥1.25*50=62.5 А
Рассчитаем токэлектромагнитного расцепителя.
Iу.э.о.≥1.2*Iпуск (2.33)
где
Iпуск
–
пусковой ток, А, Iпуск= λ*Iр
λ
–
заданное значение, принемается λ=6
Iу.э.о.≥1.2*6*50=360 А
Выбираем из каталогаавтомат ВА 51Г-31 100/80.
Рассчитаем и выберемавтоматический выключатель для узла РП 1.
Рассчитаем токсрабатывания защитного аппарата.
Iср.тп.рс≥1.1*Iр (2.34)
Iср.тп.рс≥1.1*123=135
Рассчитаем пиковый токдля узла.
Iпик=Iпуск(м)+Iр-Ки*Iном(м) (2.35)
где
Iпуск(м)
–
пусковой ток самого мощного ЭП, А
Ки
–
коэффициент использования группы ЭП
Iном(м)
–
расчётный ток самого мощного ЭП, А
Iр
–
расчётный ток группы ЭП, А
Iпик=300+123-0.14*50=416 А
Рассчитаем ток электромагнитногорасцепителя.
Iу.э.о.≥1.25*Iпик (2.36)
Iу.э.о.≥1.25*416=520 А
Выбираем по каталогуавтомат ВА 51Г-33 160/160.Для остальных ЭП расчёты аналогичны и сведены втаблицу 2.9
2.8Расчёт и выбор числа и мощности силовых трансформаторов, технико-экономическоесопоставление возможных вариантов
Правильный выбор числа имощности трансформаторов имеет существенное значение для рациональногопостроения СЭС. Число трансформаторов, как и число питающих линий, определяетсяв зависимости от категории потребителей. Наиболее просты и дешёвыоднотрансформаторные подстанции. При наличие складского резерва или связей навторичном напряжении эти подстанции обеспечивают надёжное электроснабжениепотребителей второй и третьей категории.
Если основная частьнагрузки составляют потребители первой и второй категории, то применяютдвухтрансформаторные подстанции.
При выборе мощноститрансформатора необходимо исходить из экономической нагрузки, допустимойперегрузки, числа часов использования максимума нагрузки, темпов ростанагрузки, расчётной нагрузки. При выходе одного трансформатора или линии изстроя, второй трансформатор не должен быть перегружен более чем на 40 % втечении 5 сут по 6 ч в каждые сутки.
Чтобы выбрать наиболеерациональный вариант электроснабжения, мы рассмотрим два варианта числа имощности трансформатора, сравнивая их по технико-экономическим показателям.
Рассчитаем полнуюнагрузку с учётом компенсирующего устройства.
Sсм=√Рсм2+(Qсм Qку)2 (2.37)
где
Qку
–
мощность компенсирующего устройства, Qку=35 квар
Sсм=√57.52+(53 – 35)2 =60.25 кВА
Рассчитаем и выбереммощность трансформатора.
Sтр=Sсм/n*β (2.38)
где
n
–
количество трансформаторов
β
–
коэффициент загрузки, для потребителей второй категории принимается β=0.7
Sтр= 60.25/2*0.7=43 кВА
По каталогу выбираем 2-авозможных варианта мощности трансформатора, сводим данные в таблицу 2.10
Таблица 2.10 – Исходныеданные трансформаторовТип трансформатора
Напряжение КЗ, Uкз,
%
Ток КЗ
I0, %
Потери,
кВт
Стоимость
одного
тран-ра,
руб Рхх Ркз ТМ – 60/10 4.5 2.8 0.265 1.280 26650 ТМ – 100/10 4.5 2.6 0.365 1.970 30050
Расчёт будет вестись напримере двух трансформаторов ТМ-63/10,
ТМ-100/10
Находим приведенныепотери холостого хода
DР’х.х1=DРх.х1+Кu.п*Sн1*Iхх1/100 (2.39)
DР’х.х2=DРх.х2+Кu.п*Sн2*Iхх2/100 (2.40)
где
DРх.х
–
потери мощности холостого хода, кВт
Кu.п
–
коэффициент измененных потерь Кu.п=0,1
Iо
–
ток холостого хода, %
DР’х.х1=0.265+0,1*60*2.8/100=0.43кВт
DР’х.х2=0.365+0.1*100*2.6/100=0.625 кВт
Находим приведенные потери короткого замыкания
DР’.к.з1=DРк.з1+Кu.п*Sн1*Uк1/100 (2.41)
DР’.к.з2=DРк.з2+Кu.п*Sн2*Uк2/100 (2.42)
где
DРк.
–
потери мощности короткого замыкания, кВт
Uк
–
напряжение короткого замыкания, %
DР’.к.з1=1.280+0,1*60*4.5/100=1.55 кВт
DР’.к.з2=1.970+0.1*100*4.5/100=2.42 кВт
Рассчитаем коэффициентзагрузки трансформаторов
Кз1=Sсм/n*Sтр1 (2.43)
Кз2=Sсм/n*Sтр2 (2.44)
где
Sтр
–
мощность выбранного трансформатора, кВт
Кз1=78.2/2*60=0.65
Кз2=78.2/2*100=0.4
Находим полные приведенные потери
DР’т1=DР’х.х1+Кз12*DР’к.з1 (2.45)
DР’т2=DР’х.х2+Кз22*DР’к.з2 (2.46)
DР’т1=0.43+0,652 *1.56=1 кВт
DР’т2=0.625+0.42*2.42=1.01кВт
Определяем потери трансформаторов за год, DWа.тр, кВт
DWа.тр1=DРхх1*n*Тг+1/n*DРкз1(Sр/Sт1)2*τ (2.47)
DWа.тр2=DРхх2*n*Тг+1/n*DРкз2(Sр/Sт2)2*τ (2.48)
где
τ
–
время максимальных потерь, зависимость τ=F(cosf, Тм)=4000 ч время использования максимума нагрузки, Тм=4797 ч
DWа.тр1=0.265*2*6240+1/2*1.280(93.5/60)*4000=3307+6216=9523кВт*ч
DWа.тр2=0.365*2*6240+1/2*1.970(93.5/100)*4000=4555+3444=8000кВт*ч
Находим стоимость потерь трансформаторов за год, Сn, руб.
Сn1=Со*DWа.тр1 (2.49)
Сn2=Со*DWа.тр2 (2.50)
где
Со
–
тариф, руб.
Сn1=1.393*9523=13265руб.
Сn2=1.393*8000=11144руб.
аходим стоимость амортизационных отчислений
Са1=У/100*К1*2 (2.51)
Са2=У/100*К2*2 (2.52)
где
У
–
процент амортизационных отчислений, У=6.3 %
К
–
капитальные затраты на количество трансформаторов, руб.
Са1 =6.3/100*26650*2=3357 руб.
Са2 =6.3/100*30050*2=3786 руб.
Находим ежегодные эксплуатационные расходы
Сэ1=Сn1+Са1 (2.53)
Сэ2=Сn2+Са2 (2.54)
Сэ1=13265+3358=16623 руб.
Сэ2=11144+3786=14930 руб.
Найдём приведённые затраты, З руб.
З1=Кн*К1+ Сэ1 (2.55)
З2=Кн*К2+Сэ2 (2.56)
где
Кн
–
нормативный коэффициент экономической эфективностиости, Кн=0.125
З1=0.125*53300+16623=23285руб.
З2=0.125*60100+14930=22442руб.
Найдём срок окупаемости, Ток, лет
Ток=К2-К1/Сэ1-Сэ2 (2.57)
Ток= 60100-53300/16623-14930=4 лет
Проверим оба трансформатора по аварийному перегрузу.
Коэффициент загрузки по аварийному перегрузу равен 1.5
Кз=Sр/Sтр1 (2.58)
Кз=Sр/Sтр2 (2.59)
Кз1=93.5/60=1.56≤1.5- условие не выполняется
Кз2=93.5/100=0.93≤1.5-условие выполняется
Из технико экономического расчёта видно что болееэкономичный трансформатор ТМ-100/10, поэтому на подстанцию выбираем дватрансформатора этого типа.
Полученные данные при расчёте сведены в таблицу 2.11