Эксплуатация электрооборудования цеха по ремонту наземного оборудования ЗАО "Центрофорс"

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Нижневартовский нефтяной техникум»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

«Эксплуатация электрооборудования цеха 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.

Экономический консультант Костенко В.А.

Рецензент Прохоров А.С.

Зав. дневным отделением Мирошниченко В.В.

2006 г

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Природно - климатические условия и географическое положение проектируемого объекта

Территория относится к болотному району Западной Сибири, который характеризуется резко-континентальным климатом: холодной зимой с сильными ветрами и метелями, короткой и бурной весной, непродолжительным кратким летом и короткой осенью.

Среднегодовая температура января - 25 С, июля + 20 С, средняя температура наиболее холодной пятидневки - 40 С. В наиболее жаркое лето температура воздуха достигает плюс 30-35 С, в холодные зимы - минус 45-57 С.

Выпадение осадков в год составляет 750мм, в теплое время года 200-300мм. Средняя высота снежного покрова на лесных участках составляет 100-150мм, на открытых 0,5м.

С выпадением снега в середине октября устанавливается устойчивый снежный покров, хотя этой зимой он был более мал. Господствующие ветра на данной местности: восточнык, северо-восточные. Рельеф данной территории характеризуется малой разницей высотных отметок. Почва с поверхности площадки суглинок. Удельное сопротивление суглинка Rуд.=100Ом.

1.2 Характеристика окружающей среды производственных помещений

Цех по ремонту наземного оборудования относится к сухим помещениям с относительной влажностью воздуха не превышающая 60 %. Помещение отапливаемое, критическое значение температуры не поднимается выше +40єС и не падает ниже +15єС. Приточно-вытяжные вентиляции поддерживают микроклимат и поддерживают влажность в цехе. Хотя в цехе имеются трансформаторное масло и бензин, он не относится к особо- и взрыва- опасным помещениям, т.к. масло находится в специальном резервуаре, а бензин хранится в изолированных канистрах складского помещения. В цехе всё действующее электрооборудование находится внутри помещения, т.ж. в самом здании нет взрывоопасных смесей, химически активной среды, токопроводящей пыли, выделение газа или пара. Для того чтобы пыль не оседала на рабочем месте и по всему цеху, что может привести к нежелательным результатам ухудшения здоровья, после каждой работы производят влажную уборку рабочего места.

1.3 Характеристика технологического процесса и общие характеристики технологических механизмов с исходными данными на проект

Электрооборудование поступившее на ремонт, должно пройти полный технологический контроль на участке по ремонту оборудования.

Устройство, эксплуатация и ремонт указанного оборудования и аппаратуры должны отвечать Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

В соответствии с правилами предусмотрены осмотры, техническое обслуживание, текущий, средний и капитальный ремонты. Дежурный и ремонтный персонал по техническому обслуживанию и ремонту трансформаторов и станций управления должен иметь квалификационную группу не ниже 4.

Прибывший в ремонт трансформатор и СУ проходит входной контроль, где записывают данные электрооборудования, время прибытия, когда последний раз проходил ремонт, по каким неисправностям поступил в ремонт, какой требуется ремонт. В основном все прибывшие трансформаторы и СУ проходят капитальный ремонт.

В цехе по ремонту наземного оборудования имеется следующее электрооборудование характеристики и исходные данные которого приведены ниже: радиально-сверлильный станок, токарный станок печь для сушки трансформаторов, два вентилятора для вытяжки, стенд испытания СУ, две кран балки.

Вентилятор предназначен для вентиляции помещений и для вытяжки вредных испарений. Применяются центробежные вентиляторы. Момент на валу вентилятора изменяется пропорционально квадрату скорости, а производительность вентилятора пропорционально угловой скорости в первой степени. Исходные данные вентилятора приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Исходные данные вентилятора

Тип 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 перемещения грузов в цехе применяется кран-балка грузоподъемностью 10 т. У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов является подъемные лебедки и механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода кранов: расчёт статистических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода и другие. Двигатели кран-балки обычно имеют угловую скорость, значительно большую, чем скорость подъёмного барабана или ходовых колес тележки (моста), то движение к рабочим органам механизмов крана передаётся через редуктор. Исходные данные кран-балки приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Исходные данные 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	зн	%	75
Синхронная скорость	Пс	об/мин	750
Напряжение сети	Uн	В	380

Сверлильный станок типа 2А55, предназначен для обработки отверстий диаметром до 50 мм сверлами из быстрорежущей стали. Станок имеет пять асинхронных короткозамкнутых двигателей: вращения шпинделя, перемещения траверсы, гидрозажима колонны и шпиндельной головки и электронасоса. Частота вращения шпинделя регулируется механическим путем с помощью коробки скоростей в диапазоне от 30 до 1500 об/мин (12 скоростей). Все органы управления станком сосредоточены на сверлильной головке, что обеспечивает значительное сокращение вспомогательного времени при работе на станке. Все электрооборудование, за исключением электронасоса, установлено на поворотной части станка, поэтому напряжение сети 380 В подается через вводной выключатель на кольцевой токосъемник и далее через щеточный контакт в распределительный шкаф, установленный на траверсе. Исходные данные 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 токарного станка 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

2.1 Расчёт и выбор приводных двигателей технологических механизмов и установок

В пропиточной камере установлены четыре вентилятора для вытяжки, которые расположены на внешней стене 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 асинхронный электродвигатель серии 4А, типа 4А160М2У3 мощностью 18 кВт и сводим данные в таблицу 2.1. 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 и наружный обдув установленным на валу реверсивным центробежным вентилятором, защищенный кожухом, который служит одновременно для направления воздушного потока. Станина АД с высотой оси вращения 50-160 мм изготавливаются из алюминиевого сплава или чугуна. Обмотки короткозамкнутых роторов выполняют литыми из алюминия или его сплавов. В АД применены подшипники качения средней серии: с высотами оси вращения до 160 мм - оба подшипника шариковые. Для подключения АД к сети служит вводное устройство, расположенное на верху станины. Устройство допускает присоединения к АД гибкого металлического рукава и кабелей с медными или алюминиевыми жилами, с резиновой или пластмассовой оболочкой. Конструкция вводного устройства позволяет разворачивать его корпус с фиксацией на 180є, при этом панель с выводными концами обмотки статора остаётся неподвижной. Внутри вводного устройства предусмотрен заземляющий болт для подключения заземления или оболочки кабеля.

Таблица 2.1-Технические данные электродвигателя типа 4А160М2У3

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 пусковому моменту, т.к. вентиляторы характеризуются весьма значительным моментом трения в момент трогания. Нет необходимости проверять двигатель по нагреву и на перегрузочную способность т.к. он рассчитан на соответствующую номинальную мощность для продолжительного режима работы и нагрев его находится в пределах допустимого с учетом полного использования заложенных в него активных материалов при номинальной мощности.

В цехе имеется радиально-сверлильный станок, предназначенный в основном для обработки отверстий диаметром до 50 мм, также может обрабатывать закаленные 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 по мощности электродвигатель типа 4А160М6У3 и сводим все данные в таблицу 2.2

Таблица 2.2 - Технические данные электродвигателя типа 4А160М6У3

Марка	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 токарного станка приведены в таблице 1.4

Мощность электродвигателя токарного станка Р_т.ст, кВт определяется по формуле:

(2.3)

кВт

По полученной мощности выбираем из каталога ближайший по мощности электродвигатель типа 4А132S4У3 и сводим все данные в таблицу 2.3

Таблица 2.3 - Технические данные электродвигателя типа 4А132S4У3

Типа двигателя	Рном кВт	зном %	n об/м	cosц	Мп/Мн	Ммах/Мн	Mmin/Mн	Iп/Iн
4А132S4У3	7,5	87,5	1500	0,86	2	2,2	1,6	7,5

Проверку выбранного электродвигателя для токарного станка на перегрузочную способность и условия пуска не выполняю, т.к. при выборе электродвигателя придерживался данных из паспорта на станок.

Механизация и автоматизация производственных процессов промышленных предприятий связано не только с выполнением главных технологических операций, но и со вспомогательными операциями по транспортировке сырья, готовой продукции и топлива, которые осуществляются во многих случаях электрическими кранами.

Электрические краны различных конструкций встречаются почти во всех отраслях народного хозяйства. В цехах металлургических и машиностроительных заводов работают мостовые краны, на рудных дворах заводов и угольных складах электростанций - портальные и козловые перегрузочные краны, на строительстве - башенные, кабельные и т.д.

Электрическое оборудование кранов должно обеспечивать надёжную работу при повторно - кратковременном режиме и большой частоте включения в условиях запылённости помещений, высокой влажности воздуха, резких изменениях температуры. В тоже время электрооборудование должно отвечать жестким 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, определяется по формуле:

(2.4)

где	F, F0	-	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 частоте электродвигатель типа 4А112МВ8У3 и сводим все данные электродвигателя в таблицу 2.4

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

2.2 Выбор режима нейтрали для объекта с учетом технологических особенностей потребителей электроэнергии, выбор рационального напряжения

Выбор способа заземления нейтрали определяется безопасностью обслуживания сетей, надёжностью электроснабжения электроприёмников и экономичностью. При повреждениях фазной изоляции способ заземления нейтрали оказывает большое влияние на ток замыкания на землю и определяет требования в отношении заземляющих устройств электроустановок и релейной защиты от замыкания на землю.

В установках напряжением до 1 кВ применяют четырехпроводные и трехпроводные сети как с глухозаземлённой, так и с изолированной нейтралью. В цехе по ремонту наземного оборудования применяется четырёхпроводная глухозаземлённая нейтраль, у которой обмотки питающих трансформаторов соединены в звезду и нейтральные точки электрически соединены с заземляющим устройством (землёй). Для глухозаземлённой нейтрали характерно то что при однофазных замыканиях на землю протекают большие токи короткого замыкания, быстродействующая защита отключает поврежденный участок и однофазное замыкание не переходит в междуфазное. На повреждённых фазах напряжение относительно земли не повышается и изоляция может быть рассчитана на фазное, а не на междуфазное (линейное) напряжение. Однако при частых однофазных замыканиях на землю возникают тяжелые условия работы отключающих аппаратов, что может привести к повреждению обмотки трансформаторов.

Выбор того или иного стандартного напряжения определяет построение всей СЭС промышленного предприятия. Для внутрицеховых электрических сетей наибольшее распространение имеет напряжение 380/220 В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных ЭП. Наибольшая единичная мощность трёхфазных ЭП, получающих питание 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 нагрузки потребителей, поэтому было введено повышенное напряжение 660 В. Это вызвано тем, что повсеместно стало внедряться напряжение 10 кВ вместо напряжения 6 кВ.

В цехе по ремонту наземного оборудования используется напряжение 380/220 В, переменного тока с частотой 50 Гц. Напряжение 380/220 В целесообразно применять для питания электроприёмников малой и средней мощности (0.2-200 кВт), а в случае четырёхпроводной системы питания 220/380 В - для электрического 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. Стоимость аппаратуры управления, запасных деталей при монтаже и эксплуатации для электродвигателей на 380 В ниже чем у электродвигателей на 6 кВ. Система питания сетей напряжением 380/220 В более надёжна чем система сетей с высоким напряжением.

2.3 Выбор схемы питания приёмников электроэнергии на НН, способа и системы прокладки сети

Сети напряжением до 1 кВ служат для распределения электроэнергии внутри цехов промышленных предприятий, а также для питания некоторых ЭП, расположенных за пределами цеха на территории предприятия. Цеховые электрические сети напряжением до 1 кВ являются составной частью СЭС промышленного предприятия и осуществляют непосредственное питание большинства ЭП. Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением ТП, ЭП и вводов питания, расчётной мощностью, требованиями бесперебойности электроснабжения, технико-экономическими соображениями, условиями окружающей среды.

Для производственных корпусов, цехов, состоящих из отдельных помещений, при неравномерном размещении электроприёмников по плащади цеха или их сосредочении на отдельных участках цеха, рационально применять радиальные схемы ЭС. Радиальная схема ЭС представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и преднозначеная для питания небольших групп ЭП расположенных в разных местах цеха.

Достоинством радиальных схем является их высокая надежность, так как авария на одной линии не влияет на работу ЭП, подключенных к другой линии. Недостатками радиальных схем являются: малая экономичность, связанная со значительным расходом проводникового материала, труб, распределительных шкафов; большое число защитной и коммутационной аппаратуры; ограниченная гибкость сети при перемещениях ЭП, вызванных изменением технологического процесса; невысокая степень индустриализации монтажа.

В цехе по ремонту наземного оборудования применяется радиальная схема электроснабжения. Электроприёмники получают питание от распределительных пунктов с помощью кабелей и проводов проложенных в трубах, т.к. по условиям технологического процесса возможны механические повреждения изоляции проводника, что может привести к останову отдельных групп ЭП или всего оборудования в целом, возникновению КЗ, поражению электрическим током рабочего персонала.

Электропроводка выполнена изолированными проводами, а также небронированными кабелями мелких площадей с резиновой и пластмассовой изоляцией жил. Проводка проложена открыто, в стальных и пластмассовых трубах. Открытая прокладка 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 выбрать нужное нам освещение, необходимо произвести светотехнический расчет. В данном случае рассчитываем рабочее освещение цеха, выполненное лампами ДРЛ, кривая силы света - Д и рабочее освещение вспомогательного помещения, выполненного люминесцентными лампами низкого давления

Светотехнический расчет освещения помещений будет вестись методом коэффициента использования светового потока. 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 где производят ремонт оборудования), А*В*Н = 50*27*9 м. Высота подвеса светильников - 5м, высота рабочей поверхности - 1.5м.

В цехе присутствует нормальная окружающая среда, с малым содержанием пыли, вредные, горючие пары и вещества отсутствуют. Насыщенность помещения светом нормальная, точность зрительной работы средняя. Норма освещенности, Е, при постоянном пребывание людей 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 расстояние между 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 от стены до светильника, м

l= (0.3ч0.4) · L (2.7)

l= (0.3ч0.4) · 7.2=2.16ч2.88 м

Построим графически размещение светильников в данном цехе, рис.2.1

Рисунок 2.1 - План расположения светильников в цехе

Определим индекс помещения

i = (2.8)

i =

Определим коэффициент использования светового потока

kи = зп · зсв (2.9)

где	зп	-	КПД помещения; рп=0.5,рс=0.5,рр=0.1, зп=0.7 при i=5
	зсв	-	КПД светильника, 0.8

kи = 0.7· 0.8=0.56

Определим световой поток лампы, 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 потоку соответствует мощность ламп ДРЛ 700 /1/ № табл. 1.7/.

Далее произведём проверку выбранной мощности светильника методом удельной мощности. Это простой способ определения мощности ламп, необходимых для равномерного освещения какого либо помещения.

Рассчитаем мощность Р, Вт одной 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 результат мощности 675 Вт => 700 Вт, следовательно расчет выполнен верно. Для всех остальных помещений расчет производится аналогично и полученные результаты сведены в таблицу 2.5

По результатам расчётов видно что в цехе по ремонту наземного оборудования устанавливаются 28 светильников с лампами ДРЛ типа РСП05 мощностью 700 Вт, степенью защиты от воды и пыли IP23, классом светораспределения П, КПД 80%, диаметр - 0.53м и высотой 0.63м, способ установки - подвесной. В вспомогательном помещении устанавливаются 14 светильников с люминесцентные лампы типа ЛСП02 мощностью 2*65, степенью защиты от воды IP20, классом светораспределения Н, КПД 70%, длинна - 0.12м и высотой 153 мм, способ установки - подвесной.

2.5 Расчет электрических нагрузок проектируемого объекта

Расчёт электрических нагрузок производится методом коэффициента максимума.

Этот метод применяется, когда известны номинальные данные электроприёмников и их размещение на плане.

Расчёт электрических нагрузок будет вестись на примере одного узла ЭП.

Как пример рассчитаем нагрузку узла РП2.

Рассчитаем модуль сборки ЭП, m - показатель силовой 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 активную сменную 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=1.73 кВт

Рассчитаем реактивную мощность всего узла ЭП, Qсм, квар

Qсме= Рсме*tgf (2.14)

где tgf - показатель реактивной мощности

Qсме=1.73*1.72=2.98 квар

Рассчитаем коэффициент использования узла, Ки, который равен отношению средней активной мощности нагрузки 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 эффективное число 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 активную расчётную 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 реактивную расчётную 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 полную расчётную мощность всего узла Sр, кВ*А

Sр=v P_p²+Q_p² (2.19)

Sр=v5.53² + 3.26² =6.41 кВ*А

Рассчитываем максимальный расчётный 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 потери активной 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 %

Рассчитаем потери реактивной мощности, ?Qм , %

?Qм=0.1*Sм(нн) (2.22)

?Qм=0.1*93.5=9.35 %

Рассчитаем полные потери мощности, ?Sм, %

?Sм=v?Рм²+?Qм² (2.23)

?Sм=v1.87²+9.35²=9.53 %

Расчёт электрических нагрузок для остальных узлов электроприёмников производится аналогично и полученные результаты сводятся в таблицу 2.6

Электрическая сеть промышленного предприятия представляет собой единое целое, а потому правильный выбор средств компенсации возможен лишь при совместном решении задачи о размещении компенсирующих устройств в сетях напряжением до 1000 В и 6-10 кВ с учётом возможностей получения реактивной мощности от местных электростанций и электросистемы.

Для компенсации реактивной мощности используются батареи конденсаторов, синхронные машины и специальные статические источники реактивной мощности.

На промышленных предприятиях основные потребители реактивной мощности присоединяются к сетям до 1000 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. Источники реактивной мощности напряжением 6-10 кВ экономичнее, но передача реактивной мощности в сеть до 1000 В может привести к увеличению трансформаторов и потере электроэнергии в сети.

Произведём расчёт и выбор компенсирующего устройства.

Определим реактивную мощность КУ.

Qк.р.=а*Рм(tgf -tgfк) (2.24)

где	а	-	коэффициент, учитывающий повышения cosf естественным 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 выбираем установку конденсаторную УК-0.38-50

Рассчитаем фактическое значение tgfф после компенсации реактивной мощности.

tgfф= tgf -Qк.ст/ а*Рм (2.25)

tgfф=0.98 - 50/0.9*80=0.7

Определим расчётную мощность 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 данные сводятся в таблицу 2.7

Таблица 2.7 - Сводная ведомость 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

2.7 Расчёт электрической сети с выбором сечения проводников, их марки, выбор коммутационно-защитной аппаратуры и конструкции, силового пункта, распределительного устройства НН

Сечение проводов линий электропередачи должно быть таким, чтобы провода не перегревались при любой нагрузке в нормальном рабочем режиме, чтобы потеря напряжения в линиях не превышала установленные пределы, и чтобы плотность тока в проводах соответствовала экономической. Условие которому должно удовлетворять выбранное сечение проводника, непревышение допустимой потери напряжения в линии. Если потеря напряжения в линии слишком велика, то с ростом силы тока нагрузки сильно снижается напряжение в конце линии, т.е. напряжение у приёмников. Из-за этого резко падает вращающий момент на валу двигателей, снижается световой поток электроламп, падает производительность электротехнических установок.

В данном проекте цеха используются кабельные линии.

Кабельные линии прокладываются в местах, где затрудненно строительство ВЛ, например в условиях стеснённости на территории предприятия, переходах через сооружения и т.п. В таких условиях кабельные линии более надёжны, лучше обеспечивают безопасность людей, чем ВЛ, и дают очень большую экономию территории.

Расчёт сечения проводов и кабелей производится по длительно допустимому току и соответствующему температурному режиму роботы.

Необходимо рассчитать сечение и выбрать марку провода каждого ЭП и группы ЭП.

Как пример выберем сечение, токарного станка, марка провода АПВ

Находим расчётный ток, Iр, А.

Iр=Рэп/???Uн *сosf*з (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
	з	-	коэффициент полезного действия, з=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 выбранный провод по условию Iр? Iдоп= 24?51.7

Из таблицы выбираем провод АПВ S=16мм² и Iдоп=51.7А

После выбора сечения производится проверка проводника по допустимой потере напряжения.

U%= 10⁵/U_н² P L (r_o + x_o tg) (2.29)

где	Uн	-	номинальное напряжение в сети, В
	P	-	мощность электроприёмника, кВт
	L	-	длина линии, км
	ro, xo	-	величина табличная;

U%= 10⁵/380²*7.5*0.008(1.89+0.07*1.73)=0.14%

Если потери напряжения в линии составляет не больше или равно 5%, то сечение проводника выбрано правильно. По остальным ЭП расчёты ведутся 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 на соответствие номинальных параметров расчётным в нормальном режиме и при коротких замыканиях.

Для станков, где используются электрические двигатели, рационально применять магнитный пускатель.

Как пример рассчитаем и выберем пускозащитный аппарат для токарного станка.

Рассчитаем ток срабатывания 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 по условию.

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 выполняется то выбираем из каталога магнитный пускатель ПМЛ - 40/40, номинальным напряжением Uн=0.38 кВ

Для каждого ЭП и узла в целом надо выбрать автомат.

Рассчитаем и выберем автоматический выключатель для радиально-сверлильного станка.

Рассчитаем ток срабатывания 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 ток электромагнитного расцепителя.

Iу.э.о.?1.2*Iпуск (2.33)

где	Iпуск	-	пусковой ток, А, Iпуск= л*Iр
	л	-	заданное значение, принемается л=6

Iу.э.о.?1.2*6*50=360 А

Выбираем из каталога автомат ВА 51Г-31 100/80.

Рассчитаем и выберем автоматический выключатель для узла РП 1.

Рассчитаем ток срабатывания защитного аппарата.

Iср.тп.рс?1.1*Iр (2.34)

Iср.тп.рс?1.1*123=135

Рассчитаем пиковый ток для 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 электромагнитного расцепителя.

Iу.э.о.?1.25*Iпик (2.36)

Iу.э.о.?1.25*416=520 А

Выбираем по каталогу автомат ВА 51Г-33 160/160.Для остальных ЭП расчёты аналогичны и сведены в таблицу 2.9

2.8 Расчёт и выбор числа и мощности силовых трансформаторов, технико-экономическое сопоставление возможных вариантов

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов имеет существенное значение для рационального построения СЭС. Число трансформаторов, как и число питающих линий, определяется в зависимости от категории потребителей. Наиболее просты и дешёвы однотрансформаторные подстанции. При наличие складского резерва или связей на вторичном напряжении эти подстанции обеспечивают надёжное электроснабжение потребителей второй и третьей категории.

Если основная часть нагрузки составляют потребители первой и второй категории, то применяют двухтрансформаторные подстанции.

При выборе мощности трансформатора необходимо исходить из экономической нагрузки, допустимой перегрузки, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузки, расчётной нагрузки. При выходе одного трансформатора или линии из строя, второй трансформатор не должен быть перегружен более чем на 40 % в течении 5 сут по 6 ч в каждые сутки.

Чтобы выбрать наиболее рациональный вариант электроснабжения, мы рассмотрим два варианта числа и мощности трансформатора, сравнивая их по технико-экономическим показателям.

Рассчитаем полную нагрузку с учётом компенсирующего устройства.

Sсм=vРсм²+(Qсм Qку) ² (2.37)

где	Qку	-	мощность компенсирующего устройства, Qку=35 квар

Sсм=v57.5²+(53 - 35) ² =60.25 кВА

Рассчитаем и выберем мощность трансформатора.

Sтр=Sсм/n*в (2.38)

где	n	-	количество трансформаторов
	в	-	коэффициент загрузки, для потребителей второй категории принимается в=0.7

Sтр= 60.25/2*0.7=43 кВА

По каталогу выбираем 2-а возможных варианта мощности трансформатора, сводим данные в таблицу 2.10

Таблица 2.10 - Исходные данные трансформаторов

Тип 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 на примере двух трансформаторов ТМ-63/10,

ТМ-100/10

Находим приведенные потери холостого хода

Р'_х.х1=Р_х.х1+К_u.п*Sн1*Iхх1/100 (2.39)

Р'_х.х2=Р_х.х2+К_u.п*Sн2*Iхх2/100 (2.40)

где	Рх.х	-	потери мощности холостого хода, кВт
	Кu.п	-	коэффициент измененных потерь Кu.п=0,1
	Iо	-	ток холостого хода, %

Р'_х.х1=0.265+0,1*60*2.8/100=0.43 кВт

Р'_х.х2=0.365+0.1*100*2.6/100=0.625 кВт

Находим приведенные потери короткого замыкания

Р'_.к.з1=Р_к.з1+К_u.п*S_н1*U_к1/100 (2.41)

Р'_.к.з2=Р_к.з2+К_u.п*S_н2*U_к2/100 (2.42)

где	Рк.	-	потери мощности короткого замыкания, кВт
	Uк	-	напряжение короткого замыкания, %

Р'_.к.з1=1.280+0,1*60*4.5/100=1.55 кВт

Р'_.к.з2=1.970+0.1*100*4.5/100=2.42 кВт

Рассчитаем коэффициент загрузки 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

Р'_т1=Р'_х.х1+К_з1²*Р'_к.з1 (2.45)

Р'_т2=Р'_х.х2+К_з2²*Р'_к.з2 (2.46)

Р'_т1=0.43+0,65² *1.56=1 кВт

Р'_т2=0.625+0.4²*2.42=1.01 кВт

Определяем потери трансформаторов за год, Wа.тр, кВт

Wа.тр1=Рхх1*n*Тг+1/n*Ркз1(Sр/Sт1)²*ф (2.47)

Wа.тр2=Рхх2*n*Тг+1/n*Ркз2(Sр/Sт2)²*ф (2.48)

где	ф	-	время максимальных потерь, зависимость ф=F(cosf,Тм)=4000 ч время использования максимума нагрузки,Тм=4797 ч

Wа.тр1=0.265*2*6240+1/2*1.280(93.5/60)*4000=3307+6216=9523кВт*ч

Wа.тр2=0.365*2*6240+1/2*1.970(93.5/100)*4000=4555+3444=8000 кВт*ч

Находим стоимость потерь трансформаторов за год, С_n, руб.

С_n1=С_о*Wа.тр1 (2.49)

С_n2=С_о*Wа.тр2 (2.50)

где	Со	-	тариф, руб.

С_n1=1.393*9523=13265 руб.

С_n2=1.393*8000=11144 руб.

аходим стоимость амортизационных отчислений

С_а1=У/100*К1*2 (2.51)

С_а2=У/100*К2*2 (2.52)

где	У	-	процент амортизационных отчислений, У=6.3 %
	К	-	капитальные затраты на количество трансформаторов, руб.

С_а1 =6.3/100*26650*2=3357 руб.

С_а2 =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 более экономичный трансформатор ТМ-100/10, поэтому на подстанцию выбираем два трансформатора этого типа.

Полученные данные при расчёте сведены в таблицу 2.11

Таблица 2.11 - Технико-экономический расчёт выбора мощности трансформатора

Вариант	Рх, кВт	Ркз, кВт	I0, %	Uкз, %	К,(1-го тр-ра) тыс.руб	Р'х, кВт	Р'кз, кВт	Рт, кВт	Эа, тыс.кВт	Кд, тыс.руб	Са, тр-ра/ год	Сn, тр-ра/ год	Сэ, тр-ра/ год
ТМ-60/10	0.265	1.280	2.8	4.5	26650	0.43	1.55	1	9523	53300	3357	13265	16623
ТМ-100/10	0.365	1.970	2.6	4.5	30050	0.625	2.42	1.01	8000	60100	3786	11144	14930

2.9 Выбор конструкции распределительного устройства ВН ТП

Подстанции напряжением 6-10/0.4-0.66 кВ по месту нахождения на территории предприятия делятся следующим образом:

внутрицеховые, расположенные внутри производственных зданий с размещением электрооборудования непосредственно в производственном или отдельном закрытом помещении с выкаткой электрооборудования в цехи;

встроенные, находящиеся в отдельных помещениях, вписанных в контур основного здания, но с выкаткой трансформаторов и выключателей наружу;

пристроенные, т.е. непосредственно премыкающие к основному зданию;

отдельно стоящие на расстоянии от производственных зданий.

В основном широко применяются комплектные трансформаторные подстанции, которые изготавливаются для внутренней и наружной установки.

Камера трансформатора имеет естественную вентиляцию через верхние и нижние проёмы с жалюзи. Трансформаторы установлены в камере так, чтобы без снятия напряжения обеспечивалось удобное и безопасное наблюдение за уровнем масла в маслоуказателе, а также доступ к газовому реле

КТП в зависимости от мощности трансформатора имеют различные аппараты на стороне высшего и низшего напряжений.

На стороне высшего напряжения устанавливаются выключатель нагрузки с предохранителем или разъединитель с предохранителями, на стороне низшего напряжения - блок предохранитель - выключатель типа БПВ, автоматические выключатели типа АВМ.

Для цеха по ремонту наземного оборудования применяется комплектная трансформаторная подстанция КТП наружной установки напряжением 6-10/0.4-0.66 и мощностья 100 кВА.

2.10 Расчет токов короткого замыкания в характерных точках электрической сети

В системе трёхфазного переменного тока могут возникнуть непредусмотренные соединения проводников двух или трёх фаз между собой или на землю, называемые короткими замыканиями.

Это происходит при набрасывании проводника на воздушную линию, при повреждении кабеля, падении повреждённой опоры воздушной линии со всеми проводами на землю, перекрытии фаз животными или птицами, обрыве проводов и т.д.

В точке короткого замыкания сопротивление фаз источника в линии составляет лишь небольшую долю сопротивления нагрузки. Поэтому сила тока в короткозамкнутой цепи немного превышает силу рабочего тока цепи. Наибольшая сила тока короткого замыкания обычно получается при трёхфазном коротком замыкании, поэтому для выбора электрического оборудования определяют силу тока при трёхфазном коротком замыкании.