Электроснабжение автоматного участка механического цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения

1.1 Исходные данные для проектирования системы цехового электроснабжения

1.2 Выбор электродвигателей

2. Расчет ответвлений к электроприемникам

2.1 Выбор пусковой и защитной аппаратуры электроприемников

3. Выбор схемы цехового электроснабжения

3.1 Определение первичных групп электроприемников

3.2 Разработка схемы питания силовых электроприемников цеха. Выбор конструктивного исполнения электрической сети

4. Определение расчетных электрических нагрузок потребителей цеха

4.1 Расчет осветительных нагрузок цеха

4.2 Расчет электрических нагрузок узлов электрической сети и всего цеха

5. Расчет внутрицеховой электрической сети и выбор электрооборудования. Выбор сечения проводников для подключения цеховых РУ. Расчет защитных аппаратов и выбор цеховых РУ

5.1 Выбор мощности трансформаторов, типа и числа подстанций

5.2 Выбор мощности и типа компенсирующих устройств реактивной мощности

5.3 Выбор рода тока и напряжения

5.4 Расчёт заземляющего устройства

Заключение

Список используемой литературы



Введение

В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Основное достоинство электрической энергии - относительная простота производства, передачи, дробления, преобразования.

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. СЭС промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Задача электроснабжения промышленного предприятия возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Электрические сети промышленных предприятий в сочетании с источниками и потребителями электроэнергии становятся заводскими электрическими системами, устройство и развитие которых, как подсистем, следует рассматривать в единой связи с развитием всей энергетической системы в целом.

Система электроснабжения промышленных предприятий, состоящая из сетей напряжением до 1 кВ и выше, трансформаторных и преобразовательных подстанций, служит для обеспечения требований производства путем подачи электроэнергии от источника питания к месту потребления в необходимом количестве и соответствующего качества в виде переменного тока, однофазного или трехфазного, при различных частотах и напряжениях, и постоянного тока.

Каждое промышленное предприятие находиться в состоянии непрерывного развития: вводятся новые производственные площади, повышается использование существующего оборудования или старое оборудование заменяется новым, более производительным и мощным, изменяется технология и т.д. СЭС промышленного предприятия (от ввода до конечных приемников электроэнергии) должна быть гибкой, допускать постоянное развитие технологий, рост мощности предприятия и изменение производственных условий. Это отличает систему распределения электроэнергии на предприятиях от районных энергосистем, где процесс развития также имеет место, однако места потребления электроэнергии и формы её передачи более стабильны.

Для современных предприятий, особенно машиностроительных, характерна динамичность технологического процесса, связанная с непрерывным введением новых методов обработки, нового оборудования, переналадки его, а также непрерывного изменения и усовершенствования самой модели изделия. Поэтому следует стремиться к созданию предприятия, обладающего достаточной гибкостью, которая позволяет с наименьшими потерями осуществить перестройку производства при изменении программы или модернизации выпускаемых изделий, внедрении новейших технологических процессов и современного оборудования, а также при автоматизации производства.

Основные задачи, решаемые при исследовании, проектировании, проектировании и эксплуатации СЭС промышленных предприятий, заключаются в оптимизации параметров этих систем путем правильного выбора напряжений, определении электрических нагрузок и требований к бесперебойности электроснабжения; рационального выбора числа и мощности трансформаторов, преобразователей тока и частоты, конструкций промышленных сетей, устройств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, средств симметрирования нагрузок и подавления высших гармоник в сетях путем правильного построения схемы электроснабжения. Все эти задачи непрерывно усложняются вследствие роста мощностей электроприемников, появления новых видов использования электроэнергии, новых технологических процессов и т.д.

Задачей данного курсового проекта является закрепление теоретических знаний, умений пользоваться технической литературой и справочниками, приобретение навыков проектирования системы электроснабжения удовлетворяющих требованиям надежности, гибкости, экономичности, безопасности и условиям окружающей среды помещений.

Целью данного курсового проекта является разработка внутрицехового электроснабжения автоматного участка механического цеха.



1. Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения

Систематизация потребителей электроэнергии осуществляется по многим эксплуатационно-техническим признакам, одним из которых является надежность электроснабжения. По надежности электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ электроприемники разделяют на три категории:

1)Электроприемники, перерыв электроснабжения, которых может повлечь за собой: опасность жизни людей; значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего оборудования; массовый брак продукции; расстройство сложного технологического процесса; нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаиморезервируемых источников питания, а перерыв электроснабжения допускается лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников 1-ой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаиморезервируемого источника питания. В качестве второго и третьего источника питания могут быть использованы местные электростанции, специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.д.

2)Электроприёмники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприемники 2-ой категории могут иметь 1-2 независимых источника питания, в зависимости от значения, которое имеет данный потребитель или группа потребителей на промышленном предприятии. Перерыв их снабжения допускается на время включения резервной линии вручную (до 2часов).

3)Электроприемники, не подходящие под определения 1-ой и 2-ой категорий. Для электроприемников 3-ей категории электроснабжения питание может осуществляться от одного источника питания, при условии, что перерыв электроснабжения, вызванный ремонтом или заменой поврежденных элементов системы электроснабжения не превышает одних суток.

Все потребители электроэнергии автоматного участка №2 механического цеха относятся к потребителям 3-ей категории электроснабжения.

1.1 Исходные данные для проектирования системы цехового электроснабжения

Таблица 1.1. Перечень электрооборудования автоматного участка № 2 механического цеха

№ на плане	Наименование электрооборудования	Тип	Рус, кВт
121	Станок заточной	3АБ4	0,65
122	Станок заточный	3МБ42	2,8
123	Станок заточный	36Б36	7,8
125	Станок заточной	ТШ300	1,12
126	Станок заточной	3АБ4	0,65
127	Станок плоскошлифовальный	3Г71	4,43
128	Станок точильно-шлифовальный	ТШ-400	2,9
130	Вертикально-фрезерный станок	6А23	16,77
131	Вертикально-фрезерный станок	6А23	16,77
132	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
133	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
134	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
135	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
136	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
137	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
138	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
139	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
140	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
141	Ножовочный станок	8Б72	1,7
142	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
143	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
147	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
148	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
149	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
150	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
151	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
152	Автомат токарный 1-шпиндельный	1Б136	4,5
153	Станок зубофрезерный	5К324	7,6
154	Автомат токарный 1-шпиндельный	1Б136	4,5
155	Станок зубофрезерный	5К324	7,6
156	Автомат токарный 1-шпиндельный	1Б140	9,7
157	Станок зубофрезерный	5К324	7,6
158	Автомат токарный 1-шпиндельный	1Б138	7,6
159	Автомат токарный 1-шпиндельный	1Б140	9,7
160	Станок зубофрезерный	5К324	9,7
161	Станок зубофрезерный	1Б138	9,7
162	Автомат продольного точения	11Т16	2,8
163	Автомат продольного точения	11Т16	2,8
164	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
165	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
166	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
167	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
168	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
169	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
170	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
171	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
172	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75
173	Автомат токарный 6-шпиндельный	1Б240-6	16,75

1.2 Выбор электродвигателей

Выбор электродвигателей осуществляется согласно следующих условий:

Uном?Uс (1.2.1)

Pном?Pуст (1.2.2)



где Uном - номинальное напряжение двигателя, В;

Uc - номинальное напряжение сети, к которой подключен электродвигатель, В;

Pном - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Pуст - установленная мощность электроприемника, для которого производим выбор электродвигателя.

Рассмотрим выбор электродвигателя для зубофрезерного станка.

Pуст = 7,6кВт

Uс = 380В

Выбираем электродвигатель марки 5К324 со следующими параметрами:

Pном = 7,6кВт

Uном = 380В

Выбранный электродвигатель удовлетворяет условиям , следовательно, электродвигатель выбран верно.

Расчетный ток трехфазного электродвигателя вычисляем по выражению:

(1.2.3)

где Pном - номинальная мощность двигателя, кВт;

Uном - номинальное линейное напряжение сети, кВ;

сosцном - номинальный коэффициент мощности;

зном - номинальный коэффициент полезного действия (КПД).

Пусковой ток электродвигателя определяется по выражению:

Iпуск = Кпуск Ч Iном (1.2.4)



где Кпуск - кратность пускового тока по отношению к номинальному току (Iном).

Таблица 1.2. Выбор электродвигателей для автоматного участка

№ п/п	Наименование	Pуст, кВт	Тип	Pном, кВт	сosц ном	з ном	Кп	Iр,А	Iпуск, А
121;126	Станок заточной	0,65	3АБ4	0,65	0,85	0,81	5	1,33	6,65
122	Станок заточный	2,8	3МБ42	2,8	0,87	0,83	5	5,46	27,3
123	Станок заточный	7,8	36Б36	7,8	0,9	0,88	5	13,87	69,39
125	Станок заточной	1,12	ТШ300	1,12	0,85	0,81	5	2,29	11,45
127	Станок плоскошлифовальный	4,43	3Г71	4,43	0,89	0,87	5	8,05	40,3
128	Станок точильно-шлифовальный	2,9	ТШ-400	2,9	0,87	0,83	5	5,65	28,26
130,131	Вертикально-фрезерный станок	16,77	6А23	16,77	0,91	0,88	5	31,92	148,15
132-140; 142; 143; 147-151; 164-173	Автомат токарный 6-шпиндельный	16,75	1Б240-6	16,75	0,91	0,88	5	31,84	147,2
141	Ножовочный станок	1,7	8Б72	1,7	0,85	0,81	5	3,48	17,4
152;154	Автомат токарный 1-шпиндельный	4,5	1Б136	4,5	0,89	0,87	5	8,18	40,9
153;155;157	Станок зубофрезерный	7,6	5К324	7,6	0,88	0,88	5	15,11	75,55
158	Автомат токарный 1-шпиндельный	7,6	1Б138	7,6	0,88	0,88	5	15,11	75,55
160	Станок зубофрезерный	9,7	5К324	9,7	0,9	0,88	5	17,32	86,6
156;159	Автомат токарный 1-шпиндельный	9,7	1Б140	9,7	0,9	0,88	5	17,32	86,6
161	Станок зубофрезерный	9,7	1Б138	9,7	0,9	0,88	5	17,32	86,6
162;163	Автомат продольного точения	2,8	11Т16	2,8	0,87	0,83	5	5,46	27,3

Расчетный ток электродвигателя зубофрезерного станка определяем по формуле (1.2.3):

Пусковой ток двигателя определяем по формуле (1.2.4):

Электродвигатели для остальных приемников выбираются аналогично. Результаты выбора электродвигателей приведены в таблице 1.2.



2. Расчет ответвлений к электроприемникам

Выбор сечения проводника выполняют по двум условиям:

(2.1)

(2.2)

где - длительно допустимый ток провода, А; - расчетный ток линии, А; - поправочный коэффициент, учитывающих условия прокладки проводов и кабелей (при нормальных условиях прокладки ); - ток срабатывания защитного аппарата, А; - кратность допустимого длительного тока по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата

Таблица 2.1. Выбор ответвлений электроприемников

№п/п	Расчетные данные	Iдоп	Марка провода	Диаметр трубы
	Iр	Кз
121;126	1,33	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
122	5,46	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
123	13,87	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
125	2,29	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
127	8,05	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
128	5,65	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
130,131	31,92	1	37	АПВ 5(1Ч8)	П20
132-140; 142; 143; 147-151; 164-173	31,84	1	37	АПВ 5(1Ч8)	П20
141	3,48	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
152;154	8,18	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
153;155;157	15,11	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
158	15,11	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
160	17,32	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
156;159	17,32	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
161	17,32	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20
162;163	5,46	1	19	АПВ 5(1Ч2,5)	П20



Рассмотрим пример выбора ответвления для зубофрезерного станка, с номеров по плану 153.

Выбираем провод марки АПВ 5(1Ч2,5), проложенный в полиэтиленовой трубе типа П20.

Для остальных электроприемников ответвления выбираются аналогично. Результаты выбора ответвлений приведены в таблице 2.1.

2.1 Выбор пусковой и защитной аппаратуры электроприемников

Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели устанавливаются в случаях:

1) Необходимости автоматизации управления.

2) Необходимости обеспечения более строгого по сравнению с предохранителями восстановления питания, если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключений и отсутствие эффекта ограничения тока короткого замыкания.

3) Частных аварийных отключений (испытательные, лабораторные и тому подобные установки).

Выбор автоматических выключателей выполняется по следующим условиям:

Номинальный ток автомата и его расцепителя выбирают по длительно-расчетному току линии:

(2.1.1)

(2.1.2)

где - номинальный ток теплового расцепителя, А;

- длительно-расчетный ток защищаемой цепи, А;

Ток срабатывания отсечки электромагнитного и комбинированного расцепителя проверяют по максимальному кратковременному току линии:

где - ток срабатывания автоматического выключателя при КЗ, А;

- ток кратковременной перегрузки защищаемой цепи, А.

Для примера расчета номинального тока автоматического выключателя и его расцепителя возьмем заточной станок с номером на плане 122.

Определяем номинальный ток автоматического выключателя:

Iна ? 5,46 А

Определяем номинальный ток расцепителя:

Iнр ? 5,46 А

Выбираем автоматический выключатель типа ВА51Г-25, с номинальным током автоматического выключателя Iав=25 А и номинальным током расцепителя Iр=8 А.

Для остальных электроприемников автоматические выключатели выбираются аналогично.

Выбор предохранителей

В качестве аппаратов защиты электроприемников в электрических сетях от токов короткого замыкания следует применять плавкие предохранители с наполнителями типа НПН-2 и ПН-2. Номинальный ток плавкой вставки определяется по величине длительно расчетного тока и по условию перегрузок пусковым током:

I вс I дл (2.1.3)

I вс I кр / (2.1.4)

где Iкр - максимальный кратковременный ток (пусковой ток);

- коэффициент кратковременной тепловой нагрузки (при легких условиях пуска =2,5; при тяжелых =1,6-2; для ответственных электроприемников = 1,6).

Номинальный ток электродвигателя определяется по формуле (1.2.3):

Пусковой ток электродвигателя определяется по формуле (1.2.4):

Iпуск = Кпуск Ч Iном

Для магистральных линий, питающих группу электродвигателей максимальный кратковременный ток определяется по формуле:

I кр = Iпуск + Iдл (2.1.5)

где Iпуск - пусковой ток двигателя или группы двигателей включаемых одновременно, при пуске которого кратковременный ток линии достигает наибольшей величины;

Iдл - длительный расчетный ток линии, определяемый без учета рабочего тока пусковых электродвигателей.

Для примера расчета плавкой вставки предохранителя берем позицию 140, автомат токарный 6-шпиндельный.

Находим номинальный ток электродвигателей:

Находим пусковой ток двигателя, при пуске которого ток линии достигает наибольшего значения:

Iпуск = 15,11Ч5 = 75,55А

Номинальный ток плавкой вставки найдем по формуле (2.1.4):

Iвс 75,55 / 2,5 = 30,22А

Выбираем предохранитель типа ПН2-100 с номинальным током плавкой вставки 40 А.

Для остального оборудования предохранители выбираются аналогично.

Выбор магнитных пускателей

В настоящее время применяют магнитные пускатели серии ПМЛ и ПМА, при длительном режиме работы и редких включениях двигателя.

Выбор пускателей выполняется по следующему условию:

(2.1.6)

где - номинальный ток пускателя, А;

- расчетной ток цепи, А.

Выберем пускатель для токарного автомата 6-шпиндельного, №140 по плану.

Выбираем пускатель ПМЛ-210004 с номинальным током 25 А.

Для остальных электроприемников пускатели выбираются аналогично.

Выбор силовых ящиков

Выбор ящиков выполняется по следующему условию:

(2.1.7)

где - номинальный ток ящика, А.

Выберем ящик для токарного автомата 6-шпиндельного, №140 по плану.

Выбираем ящик Я-3163 с номинальным током 50 А.

Для остальных электроприемников ящики выбираются аналогично.

3. Выбор схемы цехового электроснабжения

Электрические сети служат для подачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители присоединяются через внутрицеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов.

Прокладка электрических сетей производится изолированными и не изолированными проводниками. Изолированные проводники (провода и кабели) выполняются защищенными и не защищенными проводниками. В защищенных проводниках поверх электрической изоляции наложена металлическая и другая оболочка, прекращающая допуск механических повреждений. Неизолированные проводники - это алюминиевые, медные, стальные шины и голые провода.

В электрических сетях промышленных предприятий широко применяются шинопроводы. По конструкции они могут быть открытыми и закрытыми, по назначению - магистральные и распределительные.

Цеховые сети делятся на питающие, которые отходят от источника питания (подстанции), и распределительные, к которым присоединяются электроприемники. Схемы электрических сетей могут выполняться магистральными и радиальными.

Радиальные схемы характеризуются тем, что от источника питания отходят линии, питающие крупные электроприемники или групповые распределительные пункты, от которых, в свою очередь, отходят самостоятельные линии, питающие прочие мелкие электроприемники.

Магистральные схемы в основном применяют при равномерном распределении нагрузки по площади цеха.

Исходя из вышеперечисленного, выбираем радиальную схему питания электрической сети.



3.1 Определение первичных групп электроприемников

Таблица 3.1. Распределение электроприемников по группам

№ группы	№ ЭП на плане	Наименование электроприемника
1	136;137;138;139;140;151	Автомат токарный 6-шпиндельный
2	156;159	Автомат токарный 1-шпиндельный
	152;154	Автомат токарный 1-шпиндельный
	158	Автомат токарный 1-шпиндельный
3	132;133;134;135;142; 143;147;148;149;150	Автомат токарный 6-шпиндельный
	130;131	Вертикально-фрезерный станок
4	141	Ножовочный станок
	160;161	Станок зубофрезерный
	153;155;157	Станок зубофрезерный
5	168;169;170;171;172;173	Автомат токарный 6-шпиндельный
6	164;165;166;167	Автомат токарный 6-шпиндельный
7	162;163	Автомат продольного точения
8	121;126	Станок заточной
	127	Станок плоскошлифовальный
	128	Станок точильно-шлифовальный
	122	Станок заточной
	123	Станок заточной
	125	Станок заточной

3.2 Разработка схемы питания силовых электроприемников цеха. Выбор конструктивного исполнения электрической сети

Автоматный участок №2 механического цеха питается от трансформаторной подстанции ТМ 250/10/0,4 мощностью 250 кВА. От трансформаторной подстанции проходит кабель до РУ (распределительное устройство), через КУ (компенсирующее устройство). На участке установлено 5 распределительных устройств, четыре распределительных шинопровода (ШС1; ШС2; ШС3; ШС4) и один распределительный шкаф ШР1. Распределительные шинопроводы записываются через силовые ящики, которые устанавливаются для создания видимого резерва при ремонте шинопровода (ЯК1; ЯК2; ЯК3; ЯК4). Питательную сеть выполняем по радиальной схеме. Распределительный шинопровод ШС1 запитывается от РУ, через ЯК1, кабелем АВВГ 5Ч35, проложенным в лотке П25. Силовые пункты предполагается выполнять марки ЯБПВУ-1м навесного и напольного исполнения. В силовых шкафах установлены автоматические трехполюсные выключатели марки ВА51, а так же коробки ответвительные с предохранителями марки НПН2. Шкаф распределительный ШР1 запитывается от распределительного шинопровода ШС1 марки ШРА4-100, кабелем АВВГ 5Ч25 в лотках. Электроприемники запитываем от распределительных шинопроводов и распределительного шкафа, пятижильным проводом марки АПВ, проложенными в пластмассовых трубах с условными проходными диаметрами в зависимости от сечения провода.

Рис. Блок-схема внутрицеховой распределительной сети



4. Определение расчетных электрических нагрузок потребителей цеха

Расчёт электрических нагрузок промышленных предприятий необходим для определения и выбора всех элементов системы электроснабжения: линий электропередач, трансформаторных подстанций, питающих и распределительных сетей.

В настоящее время для расчёта электрических нагрузок используют метод упорядоченных диаграмм. Он является основным при определении электрических нагрузок. Расчет производится следующим образом - все данные электроприемников и расчеты заносятся в таблицу.

1.Определение установленной мощности группы электроприемников:

(4.1)

При этом значения электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, не приводятся к длительному режиму работы;

2.Определение группового коэффициента использования:

(4.2)

где - коэффициент использования i-го электроприемника, принимается по справочным данным в зависимости от наименования электроприемника.

3.Определение эффективного количества электроприемников в группе:

(4.3)



Эффективное количество электроприемников - такое количествоэлектроприемников, одинаковых по мощности и по режиму работы, которые обеспечивают такую же расчетную нагрузку, как и реальное количество электроприемников, разных по мощностям и режимам работы.

4.Определение по справочным номограммам коэффициента расчетной активной нагрузки:

(4.4)

где - постоянная времени нагрева элемента СЭС, на который определяется расчетная нагрузка:

= 10 мин - цеховые электросети, выполненные распределительными шинопроводами (ШРА) и распределительными шкафами (ШР или ПР);

= 2,5 ч - магистральные шинопроводы (ШМА), вводно-распределительные устройства (ВРУ), цеховые трансформаторные подстанции (ЦТП);

= 30 мин - для сетей 6-10 кВ. В этом случае = 1 и не зависит от и .

5.Определяется расчетная активная нагрузка:

(4.5)

6.Определение расчетной реактивной нагрузки. При этом возможны 2 случая:

· если = 10 мин,

(4.6)



где - коэффициент реактивной мощности i-го электроприемников группе, определяется по справочным данным в зависимости от наименования электроприемника;

- коэффициент расчетной реактивной нагрузки:

(4.7)

· если = 2,5 ч (ШМА, ВРУ, ЦТП), а также при = 30 мин (сети 6-10кВ), то

(4.8)

где - средневзвешенный коэффициент реактивной мощности группы электроприемников:

(4.9)

7.Определение полной расчетной нагрузки:

(4.10)

8.Определение расчетного тока:

(4.11)

Полученный ток используется для выбора элементов электрической сети по условию допустимого нагрева. При этом условие допустимого нагрева является основным для проектирования систем цехового электроснабжения. Исключение составляют цеха, время использования максимальной нагрузки () которых > 5000 часов. В этом случае выбор элементов электроснабжения осуществляется по экономическим условиям (согласно ПУЭ).

Определяется пиковый ток группы электроприемников

(4.12)

где - наибольший из пусковых токов электроприемников в группе, А;

- номинальный ток электроприемника с наибольшим пусковым током, А;

- коэффициент использования электроприемника с наибольшим пусковым током.

Для примера расчета методом упорядоченных диаграмм берем ШС-2.

Определяем суммарную мощность групп электроприемников и РУ:

Руст = 16,75Ч10+16,77Ч2=201,04 кВт

Определяем среднюю активную мощность электроприемников за наиболее загруженную смену в группах:

Рсм= 201,04Ч0,16 = 32,16 кВт

Определяем среднюю активную мощность за наиболее загруженную смену РУ:

?Рсм =Рсм кВт

Определяем коэффициент использования РУ:

Определяем среднюю реактивную мощность групп электроприемников за наиболее загруженную смену:

Qсм= 32,16 Ч 1,33 = 42,77 квар

Определяем среднюю суммарную реактивную мощность за наиболее загруженную смену РУ:

?Qсм = Qсм квар

Определяем коэффициент реактивной мощности РУ:

tg ц =42,77 /32,16 = 1,33

Определяем коэффициент активной мощности РУ:

cos ц = 0,55

Определяем эффективное число электроприемников:

Если m < 3, то nэ = 12.

Коэффициент максимума:

Км = 1,75

Определяем активную максимальную мощность:

Рм = 32,16Ч1,75= 56,28 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность:

Т.к. n э >10, то Q м = Q см

Qм = 42,77 квар

Определяем полную мощность:

кВ*А

Определяем расчетный ток:

А

4.1 Расчет осветительных нагрузок цеха

цех электроснабжение ток напряжение

Определим расчетную осветительную нагрузку цеха методом удельной плотности нагрузки на единицу производственной площади:

(4.1.1)

где - площадь цеха, м²;

- удельная мощность осветительной нагрузки; .

К_со - коэффициент спроса осветительной нагрузки;

Коэффициент спроса принимаем равным К_со=0,8 , Р_уд=15 Вт/м²

Площадь цеха .

По расчетной мощности освещения определяем количество светильников:

шт

Принимаем количество светильников равным 45 шт.

Определяем установочную мощность для освещения с учетом количества светильников:

Руос= 0,4Ч45=18 кВт

Определяем расчетную активную мощность:

Рмос.о=18Ч0,9=16,2 кВт;

Определяем расчетную реактивную мощность:

Qмос= 16,2Ч 0,33=5,34 квар;

Находим полную расчетную мощность:

кВ*А

Находим расчетный ток освещения:



4.2 Расчет электрических нагрузок узлов электрической сети и всего цеха

Производи расчет электрических нагрузок для каждого узла электрической сети автоматного участка №2 механического цеха.

Определяем активную максимальную мощность для распределительного шинопровода ШС1:

Рм = 21,84Ч1,75=38,22 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность для ШС1:

Т.к. n э >10, то Q м = Q см

Qм = 29,04 квар

Определяем полную мощность для ШС1:

кВ*А

Определяем расчетный ток для ШС1:

А

Определяем активную максимальную мощность для распределительного шинопровода ШС2:

Рм = 32,16Ч1,75=56,28 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность для ШС2:

Т.к. n э >10, то Q м = Q см

Qм = 42,77 квар

Определяем полную мощность для ШС2:

кВ*А

Определяем расчетный ток для ШС2:

А

Определяем активную максимальную мощность для распределительного шинопровода ШС3:

Рм = 23,1Ч1,5=34,65 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность для ШС3:

Т.к. n э >10, то Q м = Q см

Qм = 30,75 квар

Определяем полную мощность для ШС3:

кВ*А

Определяем расчетный ток для ШС3:

А

Определяем активную максимальную мощность для распределительного шинопровода ШС4:

Рм = 11,61Ч1,9=22,06 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность для ШС4:

Qм = 1,2Ч15,44=18,68 квар

Определяем полную мощность для ШС4:

кВ*А

Определяем расчетный ток для ШС4:

А

Определяем активную максимальную мощность для распределительного шкафа ШР1:

Рм = 3,25Ч2,24=7,28 кВт

Определяем реактивную максимальную мощность для ШР1:

Qм = 1,1Ч4,32=4,75 квар

Определяем полную мощность для ШР1:

кВ*А

Определяем расчетный ток для ШР1:

А

Производим расчет полной нагрузки цеха с учетом нагрузки от осветительных электроприемников:

Определяем полную мощность цеха без учета КУ:

кВ*А

Определяем расчетный ток для всей сети без учета КУ:

А

Определяем полную мощность цеха с учетом КУ:

кВ*А

Определяем расчетный ток для всей сети с учетом КУ:

А



5. Расчет внутрицеховой электрической сети и выбор электрооборудования. Выбор сечения проводников для подключения цеховых РУ. Расчет защитных аппаратов и выбор цеховых РУ

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цеховой сети оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещение по территории цеха, номинальные токи и напряжение.

В зависимости от принятой схемы электроснабжения и условий окружающей среды цеховые электрические сети выполняют шинопроводами, кабельными линиями и проводами.

Распределительные магистрали выполняют комплектными шинопроводами серии ШРА. Отдельные электроприемники подключают к ШРА через ответвительные коробки кабелем или проводом, проложенными в трубах, коробах или металлорукавах. На каждой секции длиной 3 метра имеется 4 ответвительных коробки (по две с каждой стороны) с автоматическими выключателями или предохранителями с рубильниками. Для импульсного присоединения ответвительных коробок на секциях шинопровода предусмотрены окна с автоматически закрывающимися шторками. Это обеспечивает безопасное присоединение коробок к шинопроводу, находящемуся под напряжением. В процессе эксплуатации при открывании крышки коробки питание приемника электроэнергией прекращается.

Присоединение ШРА к электрической сети осуществляется кабельной перемычкой соединяющей через вводную коробку ШРА.

Вводная коробка ШРА может быть установлена на конце секции или в месте стыка двух секций. Крепление шинопроводов типа ШРА выполняют на стойках на высоте 2,5 м над полом, кронштейнами к стенам и колоннам, на тросах и на фермах.

Магистральные и распределительные шинопроводы выбирают таким образом чтобы номинальный ток шинопровода был не меньше расчетного тока (А):

Iн?Iр (5.1)

Вид электропроводки и способ её выполнения задаются проектом в зависимости от конструкции проводников, характера помещения, где они складываются, окружающей среды архитектурных особенностей сооружений, правил техники безопасности, норм и требований пожарного надзора.

Электропроводки разделяют на открытые и закрытые.

Открытые электропроводки - проложенные по поверхности стен, потолков, по фермам и другим строительным элементам зданий и сооружений.

Открытая проводка может быть стационарной, передвижной и переносной.

Скрытые электропроводки прокладывают в конструктивных элементах зданий и сооружений в стенах, полах, фундаментах, перекрытиях и т.п.

Скрытая электропроводка проводов и кабелей может быть выполнена в трубах, замкнутых каналах, в пустотах строительных конструкций и др.

Для скрытых проводок применяют провода марки АПВ, который прокладывают в трубы. Материал трубы выбирают в зависимости от длины трассы, от распределительного устройства. При длине трассы до 2,5 м используются стальные, водопроводные и газопроводные трубы, а при трассе более 2,5 м используются трубы из жесткого поливинилхлорида.

Сечение жил проводов определяются по таблице допустимых токов, составленных для номинальных условий прокладки, в зависимости от расчетных значений длительно допустимых токов нагрузок из соотношения (А):

(5.2)

где: Iр - расчетный ток проводника;

Кп - поправочный коэффициент на условие прокладки проводов и кабелей, (при нормальных условиях прокладки Кп = 1)

Распределительные шинопровода записываются через силовые ящики, которые устанавливаются для создания видимого резерва при ремонте шинопровода.

Силовые ящики с аппаратурой выбирают в зависимости от номинального расчетного тока (А):

Iря?Iр (5.3)

Силовые распределительные шкафы выбирают по количеству групп присоединения электроприемников и по расчетному току (А):

Iрш?Iр (5.4)

Для примера расчетов возьмем распределительный шинопровод ШС1:

Определяем расчетный ток шинопровода:

Iн?73,8 А

Выбираем шинопровод марки ШРА4-100 с током 100 А.



Таблица 5.1. Выбор распределительных устройств

Обозначение на плане	Кол-во приемников	Iр	Марка РУ
ШС1	11	73,8	ШРА4-100
ШС2	12	108,74	ШРА4-250
ШС3	12	71,24	ШРА4-100
ШС4	8	44,47	ШРА4-100
ШР1	7	13,37	ШР-86-Ин-1-01

Для примера выбора силового ящика возьмем ШС1:

Определяем расчетный ток силового ящика:

Iря?73,8 А

Выбираем силовой ящик типа ЯБПВУ-1М с номинальным током предохранителей 100 А и с номинальным током выключателя-разъединителя 100 А.

Для примера выбора силового распределительного шкафа возьмем ШР1:

Определяем расчетный ток шинопровода:

Iрш?13,37 А

Выбираем распределительный шкаф марки ШР-86-Ин-1-01 с током 100 А.

ШР - шкаф распределительный;

86 - функциональное назначение;

Ин1 - номер разработки;

01 - номер исполнения по сочетанию с комплектующей аппаратурой.

Выбираем марку провода для зубофрезерного станка, с номеров по плану 153.

А

Выбираем провод марки АПВ 5(1Ч2,5), проложенный в полиэтиленовой трубе типа П20.

Для примера выбора питающего кабеля возьмем кабель которым запитан шинопровод распределительный ШC2 от ящика силового ЯБПВУ-2 200/250. Расчетный ток ШC2 равен 108,74 А.

I_дл.доп.?108,74 А

Выбираем кабель марки АВВГ5Ч50.

Таблица 5.2.Выбор кабеля питающего распределительные пункты

Распределительный пункт	Iр,А	Марка кабеля
ШРА4-100	73,8	АВВГ5Ч35
ШРА4-250	108,74	АВВГ5Ч50
ШРА4-100	71,24	АВВГ5Ч35
ШРА4-100	44,47	АВВГ5Ч16
ШР-86-Ин-1-01	13,37	АВВГ5Ч10

Для примера выбора защитного аппарата РУ возьмем распределительный шинопровод ШС1: Расчетный тока ШС1 равен 73,8А.

Iна ? 73,8 А

Iнр ? 73,8 А

Выбираем автоматический выключатель типа ВА51-31, с номинальным током автоматического выключателя Iав=100 А и номинальным током расцепителя Iр=100 А.

5.1 Выбор мощности трансформаторов, типа и числа подстанций

Цеховые трансформаторные подстанции напряжением 6-35/0,38-0,66 кВ выбираем без сборных шин первичного напряжения как при радиальной, так и при магистральной схеме питания.

При радиальном питании подстанций кабельными линиями по схеме линия - цеховой трансформатор применяется глухое присоединения трансформатора т.е. коммутационные аппараты перед цеховым трансформатором не устанавливаются. Они устанавливаются в тех случаях когда источник питания находится на расстоянии более 3 км. Или когда источник питания находится в ведении другой организации.

При магистральной схеме питания на вводе к цеховому трансформатору в большинстве случаев устанавливают выключатель нагрузки или разъединитель с предохранителями, что позволяет осуществлять селективность при повреждении или профилактическом режиме. Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) комплектуется из основных элементов:

1) Устройство высшего напряжения - это шкаф высокого напряжения в котором могут находиться коммутационные аппараты.

2) Трансформатор - наиболее широкое распространение получили трансформаторы ТМЗ (трансформатор масляный закрытого типа), ТНЗ (трансформатор трехфазный с негорючей жидкостью), ТСЗ (трансформатор с сухой изоляцией).

3) Распределительное устройство низкого напряжения - состоит из вводного и линейных шкафов. В этих шкафах в качестве коммутационных защитных аппаратов устанавливают (рубильники, автоматические выключатели). В вводном шкафу устанавливаются счетчики активной и реактивной мощности, амперметры, вольтметры.

Для двух трансформаторных КТП имеется ещё секционный шкаф. Для наружной установки применяют только масляные трансформаторы.

На промышленных предприятиях применяют одно и двух трансформаторные подстанции, что позволяет применять различные схемы электроснабжения.

1) Одно трансформаторные цеховые подстанции применяются при питании потребителей третьей категории по надёжности электроснабжения.

2) Двух трансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании потребителей первой и второй категории надежности по электроснабжению, а также при наличии суточно-годового графика нагрузки.

Схема питания трансформаторных подстанций могут быть радиальными и магистральными.

Радиальное питание одно трансформаторной подстанции производится по одной радиальной линии без резервирования на стороне высшего напряжения при отсутствии потребителей первой категории.

Двух трансформаторные подстанции при радиальной схеме следует осуществлять от различных секций РП питания как и трансформатор отдельные линии.

Каждая линия и трансформатор должны быть рассчитаны на покрытие всех нагрузок первой и основных нагрузок второй категории при аварийном режимах.

Число или мощность трансформаторов в цеховых подстанциях взаимосвязаны между собой так как число трансформаторов будет зависеть от единичной мощности КТП. Выбор единичной мощности трансформаторов необходимо производить на основе технико-экономических сравнений вариантов.

Коэффициент загрузки определяется по формуле:

(5.1.1)

где Sр - расчетная мощность (полная), кВА;

Sн - номинальная мощность выбранного трансформатора, кВА.

Выбираем трансформатор типа ТМ 250/10/0,4 мощностью 250 кВА.

При преобладании 1 категории надёжности электроснабжения Кз=0,65-0,7;

При преобладании 2 категории надёжности электроснабжения Кз=0,7-0,8;

При преобладании 3 категории надёжности электроснабжения Кз=0,8-0,9;

Так как Кз = 0,71, то выбранный трансформаторов относится ко 2 категории электроснабжения.

5.2 Выбор мощности и типа компенсирующих устройств реактивной мощности

Работа большинства электроприемников сопровождается потреблением из сети не только активной мощности, но и реактивной. Реактивная мощность запасается в виде магнитного и электрического полей в элементах сети, обладающих индуктивностью и ёмкостью. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели, силовые и сварочные трансформаторы. Кроме того, часть реактивной мощности затрачивается в газоразрядных источниках света, линиях электропередачи.

Использование дополнительных источников, вырабатывающих реактивную мощность, в местах потребления активной мощности, обусловлено технико-экономической целесообразностью. Потребление электроприемниками реактивной мощности вызывает необходимость увеличения номинальных мощностей генераторов и трансформаторов, увеличивает потери мощности и энергии, повышает отклонение напряжения.

Управление потреблением реактивной мощности условно подразделено на две группы: повышение естественного значения коэффициента мощности и искусственная компенсация реактивной мощности

В первую очередь должны быть рассмотрены мероприятия по снижению потребления реактивной мощности за счет улучшения режима работы электроприемников, не требующие значительных капитальных затрат.

Искусственная компенсация реактивной мощности заключается в применении источников реактивной мощности (конденсаторные батареи, синхронными двигателями).

Мощность КУ установок определяем по формуле:

Qку = Рсм Ч (tg 1- tg 2) (5.2.1)

где tg 1- коэффициент реактивной мощности по цеху до компенсации;

tg2- коэффициент реактивной мощности после компенсации.

Реактивную мощность после компенсации определяем по формуле:

Qм2 = Qм - Qку (5.2.2)

Максимальный ток КУ определяем по формуле:

(5.2.3)

Для выбора автоматического выключателя для защиты компенсирующего устройства пользуются формулой:

Iз.а=1,3ЧIку (5.2.4)

Определяем мощность КУ:

Qку =108,16Ч(1,18 - 0,3 ) = 95,18 квар

Определяем реактивную мощность после компенсации:

Qм2= 131,3-100 = 31,3 квар

Определяем максимальный ток КУ:

А

Определяем ток автоматического выключателя:

Iз.а=1,3Ч153,84=199,99 А

5.3 Выбор рода тока и напряжения

Приемники электрической энергии современных промышленных предприятий могут быть подразделены на группы, различающиеся по мощности, режиму работы, напряжению, роду тока.

Большая часть электроприемников - электродвигатели производственных механизмов, электрическое освещение, электрические печи, электросварочные установки - являются, как правило, потребителями трехфазного переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Установки индукционного и диэлектрического нагрева требуют переменного тока повышенной частоты.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях получили установки напряжением 380/220 В с глухим заземлением нейтрали. Выбор этого напряжения обеспечивает возможность использования общих трансформаторов для питания силовой и осветительной нагрузки, а также снижение потерь электроэнергии в цеховых сетях по сравнению с напряжением 220/127 В.

Наибольшая мощность трехфазных электроприемников, питаемых от систем напряжением 380/220 В, не должна превышать величины, допускающей применение контакторов на ток 600 А. Напряжение 660 В, равное v3 Ч 380 В, с изолированной нейтралью по сравнению с напряжением 380 В дает некоторую экономию в расходе цветных металлов.

При выборе напряжения для питания электроприемников непосредственно обратить внимание следует на следующие положения:

1) Номинальным напряжением, применяемым на промышленных предприятиях, является 10; 6; 0,38; 0,22 кВ.

2) Напряжение выше 1000 В рекомендуется применять только в случае, если имеется специальное оборудование, работающее при напряжении выше 1000 В.

3) Если двигатели изготавливаются на несколько напряжений, то вопрос выбора напряжения должен быть решен путем технико-экономического сравнивания вариантов.

4) При выборе одного из двух напряжений необходимо исходить из условий частичного питания силовых и осветительных электроприемников от общих трансформаторов.

5) На предприятиях с преобладанием электроприемников малой мощности используют напряжения 380/220 В.

Исходя из вышеперечисленных положений и учитывая преобладание приемников малой мощности выбираю переменный ток напряжением 380/220 В.

5.4 Расчёт заземляющего устройства

Заземляющее устройство служит для защиты персонала от поражения электрическим током при возникновении напряжения на металлических частях аппаратов, нормально не находящихся под напряжением, для обеспечения нормальной работы электроустановки, а в ряде случаев для защиты электроустановки при нарушении установленных для них режимов работы.

Заземляющее устройство - это совокупность заземлителя и заземляющего проводника.

Заземлителем называется металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющим проводником называется металлический проводник, соединяющий заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Существует два вида заземлителей:

1) Искусственные:

- уголковая сталь 50505мм,длиной 2,5м;

- прутковая сталь диаметром не менее 12мм, длиной 5м;

- толстостенные трубы диаметром 60мм, длиной 2,5м.

2) Естественные:

- проложенные в земле стальные водопроводные трубы соединенные в стыках газовой или электросваркой;

- трубы артезианских скважин;

- стальная броня силовых и контрольных кабелей, проложенных в земле при числе их не менее двух;

- металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей;

- свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

В качестве заземляющего проводника используется:

- полоса сечением 24ммІ;

- стальной пруток диаметром 12мм;

- голые провода (медь и алюминий) сечением не менее 4ммІ;

- стальной провод диаметром 5-6мм.

При расчете заземляюшего устройства определяют тип заземлителей, их количество и место расположения, сечение заземляющих проводников.

Определение количества электродов заземляющего устройства начинают с определения удельного сопротивления грунта:

= из Ч (5.4.1)

где из -измеренное сопротивление грунта;

- коэффициент повышения сопротивления.

Определяем сопротивление одиночного заземлителя:

а) для пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5м:

Rо.пр = 0,00227Ч (5.4.2)

где - удельное сопротивление грунта

б) заземлитель из уголковой стали:

Rоу = 0,0034Ч (5.4.3)

в) заземлитель из толстостенной трубы:

Rотр = 0,003Ч (5.4.4)

Количество заземлителя определяем по формуле:

(5.4.5)

где R - суммарное сопротивление заземляющего устройства (R? 4 Ом)

При выборе заземлителя из прутковой стали вводится коэффициент экранирования:

(5.4.6)

где - коэффициент экранирования ( = 0,9).

После расчётов проверяем соответствие сопротивления заземления заданному:

(5.4.7)

Определяем количество электродов заземляющего устройства:

= 10000 Ч 1,5= 15000 Ом

Суглинок 10000 ОмЧ cм

Определяем сопротивление заземлителя из пруткового электрода:

Rотр = 0,00227 Ч 15000 = 34,05 Ом

При выборе заземлителя из прутковой стали вводится коэффициент экранирования:

шт.

Принимаем n =15 шт.

Проверяем соответствие сопротивления заземления:

Ом



Заключение

Главной целью данного курсового проекта является разработка системы электроснабжения автоматного участка механического цеха.

В результате анализа основных исходных данных участок был отнесен к III категории по надежности электроснабжения. Питания автоматного участка №2 механического цеха производится от трансформаторной подстанции, на которой установлен трансформатор марки ТМ 250/10/0,4 мощностью 250 кВА.

Учитывая преобладание приемников малой мощности, для питания участка был выбран переменный ток напряжением 380/220В. В результате расчетов были определены нагрузки отдельных электроприемников, а также всего цеха в целом. Была выбрана радиальная схема питания сети.

По расчетным данным для питания электроприемников были выбраны следующие РУ: распределительные шинопроводы марки ШРА4; распределительный шкаф марки ШР-86-Ин-1-01. Данные распределительные устройства запитаны от силовых ящиков ЯБПВУ-1м. Для питания РУ взят силовой кабель марки АВВГ проложенный в полиэтиленовых трубах. Для питания электроприемников был выбран провод марки АПВ. Для приводов электроприемников были выбраны электродвигатели различных марок, также к ним были выбраны аппараты защиты и коммутации.

Графическая часть содержит план цеха с расположением технологического оборудования и силовой сетью, а так же таблицу нагрузок данного участка.



Список используемой литературы

1. Н.А. Турин, Г.И. Янукович «Электрооборудование промышленных предприятий и установок». Минск, «Высшая школа» 1990 г.

2. О.П. Королев, В.Н. Радкевич, В.Н. Сацукевич «Электроснабжение промышленных предприятий». Ми.: РИПО , 1995г.

3. Б.Ю. Липкин «Электроснабжение в промышленных предприятий и установок». Москва «Высшая школа» 1990г.

4. В.И. Дьяков «Типовые расчёты по электрооборудованию». Москва, «Высшая школа» 1985г.

5. А.Г. Ус, Л.И. Евминов «Электроснабжение». Ми: НПООО «ПИОН»,2002г.

6. В.Б. Козловская, В.Н. Радкевич, В.Н. Сацукевич «Электрическое освещение». - М.: «Техноперспектива», 2007.

Размещено на Allbest.ru