Электроснабжение трансформаторной подстанции ремонтно-механического цеха металлургического предприятии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В процессе эксплуатации техническое оборудование металлургических предприятий подвергается физическому и моральному износу и требует постоянного технического обслуживания. Работоспособность технического обслуживания и ремонта технологического оборудования является основной функцией ремонтного хозяйства в производственной инфраструктуре предприятия.

Экономической основой существования ремонта является неравнопрочность деталей и узлов техники. Действительно, экономически необоснованно и технологически невозможно изготовить машину, механизмы, агрегат с деталями и узлами с одинаковой прочностью, равномерностью износа, с примерно равными сроками службы. Поэтому и возникает потребность в ремонте техники, чтобы обеспечить её нормальное функционирование на весь период службы.

Весь комплекс работ, связанных с надлежащим и своевременным обслуживанием, как правило, на больших производственных предприятиях осуществляет ремонтное хозяйство. На крупномасштабных предприятиях оно является одной из структурных, а иногда и самостоятельных единиц, которое имеет свою иерархию связей. К примеру, на предприятиях таких отраслей как: машиностроение, металлургия, пищевая, легкая промышленности, где в производственном процессе используются агрегаты, станки, приспособления, которые при поломке могут нарушить весь цикл производства, где необходима оперативная реакция на такую ситуацию.

Грамотное осуществление ремонта и организация ремонтного хозяйства на производственном предприятии занимает весомую часть на пути к достижению поставленных целей предприятия, так, как эта система предназначена для поддержания надлежащего состояния производственных фондов, от которых зависит производительность, рентабельность и, как следствие, прибыльность деятельности хозяйствующего субъекта. Это особенно важно для металлургических предприятий, которые имеют в своем составе мощное и разнообразное оборудование, работающее в сложных и тяжелых условиях, беспрерывно.

Объектами ремонтного обслуживания являются здания, сооружения, металлургические агрегаты, нагревательные устройства и термические печи, подъемно-транспортное, механическое и энергетическое оборудование все виды коммуникаций. Ремонтное обслуживание указанных объектов требует наличие достаточно мощной ремонтной базы. Поэтому в условиях современного металлургического предприятия ремонтное хозяйство включает ряд крупных ремонтных цехов и служб, осуществляющих как собственно ремонты, так и изготовление сменного оборудования, специальных металлоконструкций, запасных частей и так названного нестандартного оборудования.

В процессе ремонта устраняются дефекты и отклонения, которые препятствуют нормальной работе оборудования. Поэтому различают следующие виды ремонта:

а) текущий ремонт осуществляется для гарантированного обеспечения нормального функционирования оборудования и других средств работы. Это есть минимальный по объему работ ремонт, в походке которого заменяют, быстро изнашиваемые детали, узлы, проводят техническое обслуживание и регулирование механизмов;

б) средний ремонт состоит в частичной разработке механизмов, замене изношенных деталей, узлов, складывания, регулирования и испытания под нагрузкой;

в) капитальный ремонт это наиболее сложный за объемами и затратами ремонт.

Он предусматривает полную замену всех изношенных частей деталей узловую сборку механизмов; складывание механизмов, их регулирование и испытание в отдельности и в целом всего оборудования. Капитальный ремонт имеет за цель восстановить все первоначальные показатели оборудования в максимально возможной степени.

Актуальность темы. Известно, что производственное оборудование в основных фондах предприятия занимает половину зданий и сооружений, а значит, оно является наиболее дорогостоящей частью основных фондов. Соответственно предприятия должно уделять надлежащее внимание поддержанию целостности, работоспособности оборудования, взаимозаменяемости деталей и сооружению трансформаторных подстанций ремонтно-механических цехов предприятия.

Цель курсового проекта: спроектировать схему электроснабжения трансформаторной подстанции ремонтно-механического цеха металлургического предприятии для надежного обеспечения электроэнергией основных потребителей цеха.

Задачи курсового проекта

1. Привести характеристику производства и потребителей цеха

2. Привести теоретические основы к расчету и выбору электрооборудования мостового крана и цеховой трансформаторной подстанции металлургического предприятия.

3. Провести расчет и выбор двигателей мостового крана для привода подъема груза и электрических нагрузок цеха.

4. Выбрать основное электрооборудование цеховой трансформаторной подстанции и описать спроектированную схему электроснабжения подстанции.

1. Теоретическая часть

1.1 Характеристика производства и потребителей цеха

Ремонтно-механические цеха промышленных предприятий осуществляют различные виды деятельности. Ряд ремонтно-механических цехов предназначен в, основном, для ремонта и настройки электромеханических приборов, электрических аппаратов напряжением до 1000 В, электрических машин, устройств и арматуры осветительных установок. [9]. В других - осуществляют ремонт электрооборудования металлургических агрегатов и устройств. В структуре металлургических предприятий ремонтно-механический цех выполняет, в основном, ремонт технологического оборудования, поступающего из электросталеплавильного цеха, кислородно-конверторного цеха и кислородных станций. В РМЦ выполняют ремонт котлоагрегатов, турбогенераторов, турбовоздуходувок; воздухоразделительных установок; компрессоров, насосов; теплоизоляции энергооборудования и трубопроводов и другие устройства.

В ремонтно-механических цехах для проведения ремонтных работ, изготовления запасных частей установлено следующее оборудование: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и другое электрооборудование. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и прочие помещения. Для транспортировки материалов, аппаратов в цехе имеются мостовые краны [9].

В металлургической промышленности принято два вида ремонтов оборудования, которые осуществляют ремонтно-механические цеха:

1) Текущие ремонты. Текущий ремонт непродолжителен. Он должен быть закончен в течение небольшого промежутка времени, отведенного по

графику (ремонтная смена, ремонтные сутки и т.д.).

В объем текущего ремонта входит:

- разборка отдельных узлов механизма в пределах отведенного времени для ремонта;

- замена отдельных быстро изнашивающихся узлов и деталей;

- промывка и чистка отдельных узлов механизма, требующих небольшого объема работ;

- замена масла, регулировка механизмов, устранение повышенных зазоров, крепеж всего агрегата и т.п.

Текущие ремонты могут проводиться, в зависимости от установленного в цехе порядка, по ремонтным ведомостям, или по записям в агрегатном журнале. Для проведения текущих ремонтов руководством цеха в разрезе годового графика ремонтов составляется месячный график, который должен быть согласован с главным механиком.

Обычно для однотипных машин и механизмов составляют типовые бланки проектов организации работ, в которых указываются постоянно действующие положения, соблюдение которых необходимо при ремонтах данного типа машин, а также имеются разделы (графы) для записи положений, меняющихся при отдельных ремонтах. Наличие типовых бланков для составления планов организации ремонтов облегчает оперативное составление этих планов. Планы организации работ, как правило, рассматриваются с ремонтными бригадами не позднее, чем за сутки до остановки агрегатов на ремонт. Работа на непринятом после ремонта оборудовании запрещается.

2) Капитальные ремонты. Капитальный ремонт имеет назначением полное восстановление работоспособности машин.

В объем капитального ремонта входит:

- полная разборка механизма;

- замена всех изношенных узлов и деталей,

- ремонт, замена или ремонт станин, основных рам, основных валов и деталей, на которых смонтированы все узлы машины;

- выверка и регулировка всего агрегата;

- совершенствование оборудования (замена валов более усиленными, замена ременной передачи редукторной и т.п.);

- доведение состояния машины до требований, предъявляемых к новой машине: производительность, точность, работоспособность.

При проведении капитальных ремонтов составляются соответствующие планы и графики, учитывается инструкции из «Основных правил безопасности при проведении ремонтных работ». План организации работ и руководитель капитального ремонта, как правило, утверждаются главным инженером предприятия или цеха.

Планирование капитальных ремонтов оборудования осуществляется двумя методами, принципа отличающимися друг от друга, а именно:

1) методом разового проведения всего комплекса капитального ремонта, при котором капитальные ремонты выполняются в период единовременной длительной остановки оборудования цеха;

2) методом проведения ремонтов по рассредоточенному графику, при котором общий объем капитального ремонта расчленяется на более мелкие объемы, выполняемые в дни плановых остановок цеха для проведения текущего ремонта.

На большинстве промышленных предприятий капитальные ремонты оборудования осуществляются по первому методу, причем длительность остановок цехов при этом составляет от 5 до 25 суток. Обычно такой ремонт совмещается с капитальным ремонтом печей, производится в прокатных цехах один раз в год, в доменных - один раз в 2-3 года.

Перечень установленного основного электрооборудования цеха и их номинальные данные приведены в таблицах 1.1. и 1.2 и на листе 1 графической части курсового проекта.

Электрооборудование РМЦ относятся ко 2 и 3 категории по надежности электроснабжения. Количество рабочих смен в цехе - 2. Каркас здания цеха смонтирован из блоков - секций длиной 6 м каждый. Перечень оборудования, мощность электропотребления и режим его работы указаны в таблице 1.2 для одного электроприемника. Удельная мощность освещения цеха - 9 Вт/м².

Цеховая трансформаторная подстанция в РМЦ является двухтрансформаторной, так как работа цеха имеет характерный неравномерный суточный и годовой график нагрузок, со значительной разницей загрузки смен [9], [10].

При проектировании трансформаторной подстанции учитываем, что электроприемники цеха имеют различный режим работы. Так, например, крановое оборудование и сварочные аппараты работают в повторно-кратковременном режиме, а электродвигатели станочного парка - в длительном или кратковременном.

В курсовом проекте для повышения коэффициента мощности цеховой подстанции выбираем конденсаторные установки, их устанавливаем на РУ 0,4 кВ.

Основным электрооборудованием трансформаторной подстанции (ТП), проектирование которой приводится в данном проекте, являются: силовые трансформаторы, высоковольтные выключатели и предохранители, автоматические выключатели 0,4 кВ. В проекте также выбираются кабельные линии, подводящие питание 10 кВ к силовым трансформаторам.

цех электрооборудование кран трансформаторный

1.2 Теоретические основы к расчету и выбору электрооборудования мостового крана

Кранами называются грузоподъемные устройства, служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния.

По особенностям конструкции, связанным с назначением и условиями работы, краны разделяются на мостовые, портальные, козловые, башенные.

В цехах промышленных предприятий наибольшее распространение получили мостовые краны, с помощью которых производится подъем и опускание тяжелых заготовок, деталей и узлов машин, а также их перемещение вдоль и поперек цеха. Вид мостового крана в основном определяется спецификой цеха и его технологией, однако многие узлы кранового оборудования, например, механизмы подъема и передвижения, выполняются однотипными для различных разновидностей кранов.

Управление работой механизмов крана производится из кабины оператора-крановщика, в которой установлены контроллеры или командоконтроллеры. Электроаппаратура управления приводами размещается в шкафах, установленных на мосту крана. Здесь же располагаются ящики резисторов. Для проведения операций обслуживания механизмов и электрооборудования предусмотрен выход на мост из кабины через люк.

Электроэнергия к крану подводится при помощи скользящих токосъемников от главных троллеев, уложенных вдоль подкранового пути. Для подвода питания к электрооборудованию, размещенному на тележке, служат вспомогательные троллей идущие вдоль моста.

В зависимости от вида транспортируемых грузов на мостовых кранах используют различные грузозахватывающие устройства: крюки, магниты, грейферы, клещи и т.п. Наибольшее распространение получили краны с крюковой подвеской или с подъемным электромагнитом, служащим для транспортировки стальных листов, скрапа, стружки и других ферримагнитных материалов.

У всех типов кранов основными механизмами для перемещения грузов являются подъемные лебедки и механизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд общих вопросов электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода кранов: расчет статических нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ режимов работы, выбор системы электропривода и другое.

Двигатели на кранах обычно имеют значительно большую угловую скорость, чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста (тележки), то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы.

Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом, при помощи которого движение от барабана передаются крюку. У полиспаста передача движения к ходовым колесам концевых балок от двигателя, установленного на мосту, осуществляется через редуктор, расположенный в средней части моста, широко применяется также схема механизма передвижения моста с раздельным приводом ходовых колес. Каждый механизм крана имеет механический тормоз, который устанавливается на соединительной муфте между двигателем и редуктором или на тормозном шкиве, на противоположном конце вала двигателя.

Согласно действующим стандартам все краны по режимам работы механического и электрического оборудования делятся на четыре категории, определяющие степень их использования, характер нагрузки и условия работы: Л - легкий режим работы, С - средний, Т - тяжелый и ВТ - весьма тяжелый. Основными показателями, по которым судят о режимах работы, являются продолжительность включения двигателя механизма ПВ.

Помимо тяжелых условий работы при большом числе включений в час электрооборудование мостовых кранов обычно находится в условиях тряски, высокой влажности воздуха, резких колебаний температуры и запыленность помещений. В связи с этим на кранах применяется специальное электрооборудование, приспособленное к условиям работы кранов и отличающееся повышенной надежностью.

Основное крановое электрооборудование: электродвигатели, силовые, магнитные и командные контроллеры, пускорегулировочные резисторы, тормозные электромагниты, конечные выключатели и другие - в значительной степени стандартизировано. Поэтому различные по конструкции краны комплектуются обычно таким электрооборудованиям по типовым схемам.

Для защиты питающих проводов и электродвигателей от токов к.з. и значительных перегрузок на кранах предусматривается максимальная токовая защита. Плавкие предохранители используют только для цепей управления. Для предотвращения само запуска двигателей, т.е. самопроизвольного пуска их при восстановлении напряжения сети после перерыва в электроснабжении, в электрических схемах кранов используют совместно с «нулевой» защитой блокировку нулевой позиции контроллеров.

Обязательным является наличие конечных выключателей для автоматической остановки механизмов при подходе их к крайним положениям. Для безопасности обслуживания электрооборудования люк для выхода из кабины на мост снабжается конечным выключателем, снимающим напряжение со вспомогательных троллеев при открывании люка. Все токоведущие части в кабине крана полностью ограждаются.

Механизмы кранов оснащаются тормозами замкнутого типа с электромагнитами, которые могут оказаться под напряжением из-за порчи изоляции, должны быть заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осуществляется через подкрановые пути.

1.3 Требования, предъявляемые к электроприводам крана

Крановый электропривод работает в специфичных условиях, определяемых условиями работы крановых механизмов, к которым относятся: работа в повторно-кратковременном режиме при большом числе включений в час, различные внешние воздействия на оборудование крана.

Выбранная схема электропривода должна удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечить надежность работы всех элементов и узлов механизма электропривода;

- осуществить пуск, реверс, торможение привода, создание необходимых диапазонов регулирования скорости;

- обеспечить надежность защиты электрооборудования от токов короткого замыкания и перегрузок, т.е. схема должна иметь все виды защиты, предусмотренные в ПУЭ.

Наиболее распространенный на кранах электропривод асинхронный с фазным ротором, со ступенчатым регулированием угловой скорости, путем изменения величины сопротивления в цепи ротора. Такой привод достаточно прост, надежен, допускает большое число включений в час и применяется при средних и больших мощностях. С помощью резисторов в цепи ротора можно в широких пределах изменять токи и потери энергии в двигателе при переходных процессах, а также получить понижение угловой скорости.

Выбираем тип электропривода для механизмов крана - электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ротором, управляемый командоконтроллером с пускорегулирующим сопротивлением в цепи ротора. Выбор типа электропривода проведем на основании технических и экономических условий, а также требований, предъявляемых к электроприводу крана. Однако этот привод неэкономичен из-за значительных потерь энергии в пускорегулирующих сопротивлениях, кроме того, имеет повышенный износ двигателя и контактной аппаратуры управления. Несмотря на это электропривод переменного напряжения остается более выгодным по сравнению с приводом на постоянном токе.

При выборе двигателей для кранового оборудования наиболее сложным считается расчет мощности по условиям теплового режима работы. Специфические способности крановых машин характеризуются повышенными, постоянными потерями и изменяющимися условиями вентиляции при регулировании, что приводит к большим погрешностям при расчете теплового режима работы двигателя по общепринятым методам эквивалентного тока или момента. Эти методы являются достоверными только тогда, когда фактическая продолжительность включения равна номинальной, а число включений и энергия постоянных потерь в цикле соответствует номинальным расчетным параметрам.

Достоинствами оборудования крана переменного тока является:

1. Меньшая стоимость асинхронных двигателей по сравнению с двигателями постоянного тока.

2. Простота обслуживания и ремонт асинхронных двигателей. Если эксплуатационные затраты для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором принять за I, то для двигателей с фазным ротором эти затраты составят 5, а для двигателей постоянного тока -10.

3. Отсутствие необходимости в преобразователях переменного тока в постоянный, что так же удешевляет электрооборудование.

Недостатками оборудования крана переменного тока является:

1. Невозможность простыми способами получения жестких характеристик при подъеме и, особенно при спуске груза на малых скоростях, т.к. невозможно предсказать, какую скорость будет иметь двигатель на каждом из положений контроллера, при подъеме и опускании разных по весу грузов.

2. Практическая независимость скорости АД, работающего на естественной характеристике, от величины поднимаемого груза (механическая характеристика - жесткая). В результате время подъема грузозахватного устройства (холостой ход для механизма подъема) такое же, как и время подъема груза.

3. Электроаппаратура с катушками на переменном токе и тормозные электромагниты переменного тока работают менее надежно, чем на постоянном токе (катушки при частных отключениях перегреваются из-за больших токов включения, при витковом замыкании хотя бы одного витка катушки перегревается и выходит из строя; при недовключении тормоза или аппарата катушка потребляет большой ток и перегревается)

4. Электрооборудование на переменном токе чаще выходит из строя в результате однофазных замыканий на землю, т.к. в системе с глухозаземленной нейтралью каждое такое замыкание сопровождается выгоранием места замыкания и немедленным выходом из строя электрооборудования. На постоянном токе этого нет, и краны с замыканием одного полюса на землю могут некоторое время работать, представляя электрикам время для поисков места замыкания на землю. Опасным на постоянном токе, с точки зрения выгорания, является лишь одновременное замыкание на землю обоих полюсов.

Для переменного тока выбираются двигатели с фазным ротором серий МТF, МТ, МТН или МТМ. Следует сразу же выписать технические данные трех двигателей: ближайшего по мощности к расчетной., а также ближайшего меньшего и ближайшего большего двигателей, т.к. при проверке по нагреву может возникнуть необходимость произвести расчеты с этими двигателями.

Выбор системы электропривода крана определяется в значительной мере требованиями к его механическим характеристикам, а эти требования изменяются в зависимости от рода технологических операций, выполняемые краном. Так, для монтажных кранов необходимы жесткие механические характеристики и большом диапазон регулирования в то время, как для магнитных кранов, транспортирующих скрап, стружки и т.п. указанные требования не играют роли. В настоящее время для кранового привода переменного тока применяются следующие системы:

1. Схемы с силовыми контроллерами на переменном токе (ККТ60А, ККТ61А, ККТ62А, ККТ63А, ККТ65А, ККТ66А, ККТ68А).

2. Схемы с магнитными контроллерами (ТА, ТА3, ДТА, ТСА, ТСА3, ДТСА).

3. Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи роторами.

4. Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи статора.

Для большинства кранов, работающих в цехах, применяют системы по п. 1 и п. 2. Таким образом, необходимо выбрать для проектируемого крана схему либо силового, либо магнитного контроллера. Силовой контроллер требует меньше затрат на эксплуатацию, имеет небольшую массу и габариты. Недостатком его является зависимость пусковых характеристик двигателя от скорости перевода рукоятки контроллера с положения на положение. При быстром переводе рукоятки могут возникнуть чрезмерные пусковые токи. Требовать же от машиниста перевода рукоятки с задержкой времени между положениями можно только при небольшом числе переключений в час и при небольшом числе управляемых механизмов. Другим недостатком силовых контроллеров являются довольно большие усилия, требуемые от машиниста для перевода рукоятки, что при большом числе включений в час приводит к усталости машиниста и снижению производительности труда.

Силовые контроллеры могут быть применены лишь для двигателей малой мощности: - для асинхронных двигателей с фазным ротором без применения реверсоров - до 30 кВт, при напряжении 380. В, с применением реверсоров до

75 кВт при напряжении 380 В. Применение магнитных контроллеров позволяет автоматизировать процессы пуска и торможения, при этом машинист рукоятку командоконтроллера может переводить в любом направлении с любой скоростью. Усилие воздействия на контроллер меньше, чем на силовой, что также облегчает труд машиниста.

Мощность двигателей управляемых магнитными контроллерами достигает 150 кВт. Недостатками магнитных контроллеров являются: большие габариты и масса, высокая первоначальная стоимость, более высокие эксплуатационные расходы ввиду необходимости обслуживать большое число электроаппаратов. Затруднен также и поиск неисправностей, который требует более высокой квалификации обслуживающего персонала. Для того чтобы сделать выбор схемы нужно знать мощность двигателя и режим работа крана, мощность двигателя определяется расчетами, а режим работы по таблице Госгортехнадзора. Зная мощность двигателя и режим работы механизма, выбирают систему управления. После того, как определена схема управления силовой или магнитный контроллер, необходимо по каталогам выбрать конкретный тип силового или магнитного контроллера.

Для регулирования скорости вращения двигателей крана необходимо произвести расчет величин сопротивлений ступеней, выбрать стандартные ящики и составить монтажную схему соединений. Для определения величин сопротивлений ступеней существуют графические, аналитические и графо-аналитические методы расчета. В настоящее время для крановых электроприводов применяют как правило стандартные ящики сопротивлений с использованием фехралевых элементов (F_e-80%, C_r-15%, AL-5%) имеют следующие достоинства: большое удельное сопротивление (1,18 0 ммм²/м), малый температурный коэффициент (0,00008), высокую допустимую температуру нагрева (850°С), достаточную механическую прочность.

Рекомендуется выбирать ящики резисторов на длительно допустимые токи 215 А и выше типов НФ-1 (нормализованный фехралевый) и БРФ, БРП, БК, БФК, КФ (блок резисторов крановый фехралевый). Необходимо четко помнить разницу между элементами и ступенью сопротивления. В каждом ящике 6 элементов и 5-7 ступеней. Элемент состоит из стального остова, на котором установлены фарфоровые сегментные держатели с желобками для наматываемой на ребро фехралевой ленты. К концам фехралевой ленты приварены медные пластинки, служащие для соединения элементов между собой. Для ящиков на токи 215+124 A (4 типа) сделаны также от пайки от середины элементов. Ступени же ящиков на большие токи представляют эквивалентное сопротивление двух половин элементов, включенных параллельно. В этом случае сопротивление ступени в четыре раза меньше, чем сопротивление элемента. Для рассмотренных ящиков характерно то, что сопротивления нельзя изменять плавно, а можно подбирать, включая последовательно, параллельно и комбинированно только те части элементов, от которых сделаны отпайки на заводе. Ящики обычно монтируются на стеллажах, изготовленных из стального уголка. Допускается установка один над другим до шести ящиков. Соединение между отдельными ящиками и в пределах одного ящика производятся голыми медными проводами или шинами.

1.4 Теоретические основы к проектированию цеховых трансформаторных подстанций

Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения, предназначенные для обеспечения электроприемников заданными показателями и качеством электрической энергией.

На территории промышленных предприятий размещают трансформаторные подстанции: заводские и цеховые. По расположению цеховые и заводские подстанции бывают: встроенные, пристроенные к основным производственным зданиям и отдельно стоящие. В зависимости от способа комплектации трансформаторные подстанции бывают в полностью собранном виде или в подготовленном для сборки виде. Электроэнергия к цеховым подстанциям может поступать как по воздушным, так и по кабельным линиям от главных понизительных подстанций (ГПП), расположенных на территории промышленных предприятий, а также в черте города или района [3].

Основными конструктивными частям цеховых подстанций являются:

1. Распределительное устройство высокого напряжения (РУ ВН). В него входит электрооборудование напряжением 6-10 кВ: высоковольтные выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, устройства защиты и сигнализации, средства измерений.

2. Силовые трехфазные трансформаторы.

3. Распределительное устройство низкого напряжения (РУ НН). В него входит оборудование напряжением 0,4/0,23 кВ: автоматические выключатели, рубильники, предохранители, средства измерения.

В курсовом проекте следует спроектировать трансформаторную подстанцию, встроенную в помещение цеха. Подача электрической энергии к трансформаторной подстанции осуществляется по кабельной линии. Для коммутации оборудования подстанции с высшей стороны в РУ 10 кВ будут устанавливаться выключатели нагрузки и высоковольтные предохранители. С учетом категории надежности электроснабжения будут выбраны силовые трансформаторы для понижения переменного трехфазного напряжения с 10 кВ до 0,4 кВ. Для коммутации цепи со стороны 0,4 кВ будут выбраны автоматические выключатели. В самом начале работы над построением системы выбора оборудования цеховой подстанции цеха, на основе данных электрических нагрузок потребителей цеха произведем расчет общей полной мощности потребителей цеха, выбирая один из методов расчета нагрузок с разным режимом работы и коэффициентом использования мощности в течение смены.

Теоретические основы выбора компенсирующих устройств

Повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большой народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Повышение коэффициента мощности на 0,01 в масштабе страны дает возможность дополнительного отпуска электроэнергии в 500 млн. кВт часов энергии в год. [3]

Потребители электроэнергии нуждаются как в активной, так и в реактивной мощностях. Увеличение потребления реактивной мощности за счет включения потребителей с реактивным (индуктивным) сопротивлением (асинхронные двигатели станков, кранов, сварочных трансформаторов) приводит к снижению коэффициента мощности в сети, увеличению потерь активной мощности, росту потребляемого тока, снижению напряжения на потребителях. Этот процесс сказывается на чрезмерном нагреве токоведущих частей, просадке напряжения на нагрузках, и как следствие, срабатыванию релейной защиты на отключение схемы. Говорят, «схема разобралась». В этом случае происходит простой электрооборудования, технико-экономические показатели работы предприятия снижаются. Поэтому необходимо повышать коэффициент мощности. В случае если мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств, не дают повышения коэффициента мощности до нормативной величины от 0,92 до 0,95, то применяют автоматическое или ручное регулирование коэффициента мощности с применением компенсирующих устройств. Если необходимо скомпенсировать реактивной мощности до 200 квар, то применяется ручное управление, если свыше 200 квар - автоматическое [9].

Размещение компенсирующих устройств в сетях до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация: [3]

1) индивидуальная - с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемников;

2) групповая - с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах;

3) централизованная - с подключением конденсаторов на шины 0,4кВ и на шины 6-10 кВ.

В нашем проекте применяется централизованная компенсация реактивной мощности на шинах 0,4 кВ.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производим до получения значения . [9]

Теоретические основы выбора силовых трансформаторов

Для внутрицеховых подстанций рекомендуется применять сухие трансформаторы, а масляные - при условии выкатки их на улицу. Мощность цеховых трансформаторов следует выбирать исходя из средней нагрузки в наиболее загруженную смену. При этом надо учитывать перегрузочную способность, которая зависит от характера графика нагрузки и от предшествующей послеаварийному режиму загрузки трансформатора. Число трансформаторов определяется с учетом категории надежности электроснабжения, коэффициента загрузки трансформатора. [9]

По Правилам устройства электроустановок электроприемники систем электроснабжения распределяются по категориям надежности [6]:

а) электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования;

б) электроприемники II категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

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

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 суток допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора;

в) электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы

электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 сутки.

По ПУЭ рекомендуется применять допустимые коэффициенты загрузки трансформатора в нормальном режиме: [6]

а) К_З = 0,65 - 0,7 при преобладании нагрузок I категории двухтрансформаторной подстанции;

б) К_З = 0,7 - 0,8 при преобладании нагрузок II категории для однотрансформаторной подстанции или двухтрансформаторной подстанции с неравномерным графиком нагрузок;

в) К_З = 0,9 - 0,95 при преобладании нагрузок II категории однотрансформаторной подстанции, при наличии складского резерва; при нагрузках III категории.

Номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70% от общей расчетной нагрузки цеха. Тогда при выходе из строя одного из трансформаторов, второй на время ликвидации аварии оказывается загруженным не более чем на 140%, что допустимо в аварийных условиях в течение 5 суток не более 6 часов в сутки. [3] Из требований к проектированию системы электроснабжения цеха цеховая подстанция должна иметь два трансформатора, т.к. в цехе преобладают электроприемники II категории по надежности с неравномерным суточным графиком нагрузок [9]. Для указанных условий принимаем коэффициент загрузки трансформатора К_З = 0,7.

Теоретические основы выбора силовых кабелей

Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии. По типу изоляции различают: силовые кабели с бумажной изоляцией, в том числе пропитанные и маслонаполненные; силовые кабели с пластмассовой изоляцией; силовые кабели с резиновой изоляцией. Приведенная классификация в известной мере условна, однако позволяет систематически представить сведения о части кабелей, насчитывающей более 1000 марок и конструкций.

Силовые кабели состоят из одной, трех или четырех одно- или многопроволочных медных или алюминиевых жил. Жилы изолированы друг от друга и окружающей среды бумажно-пропитанной, резиновой или пластмассовой изоляцией, герметизированы свинцовыми, алюминиевыми, пластмассовыми или резиновыми оболочками. Защита представлена, как правило, броней из стальных лент или оцинкованной стальной проволоки, а также защитными антикоррозийными покровами.

При выборе сечения кабеля руководствуемся требованиями ПУЭ. Выбираем и проверяем кабель с учетом следующих условий:

1) по допустимому току нагрева;

2) по экономической плотности тока;

3) по допустимой потере напряжения;

4) по термической устойчивости в режиме короткого замыкания.

Жилы кабелей, токоведущие части коммутационных аппаратов, первичные обмотки измерительных трансформаторов тока при коротких замыканиях в электрической цепи могут нагреваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном режиме. Повышенная температура нагрева приводит к перегреву изоляции, ее перегоранию, а также значительным потерям качества электроснабжения. Следовательно, при проектировании электроснабжения подстанций и выборе электрооборудования необходимо проверить выбранное оборудование на допустимую температуру нагрева (тепловой эквивалент) в режиме короткого замыкания в схеме. Если предварительно выбранное оборудование, кабели и шины будут не устойчивы в режиме короткого замыкания, то необходимо выбрать оборудование с большими номинальными данными и вновь проверить его устойчивость к токам короткого замыкания.

Распределительное устройство низкого напряжения трансформаторной подстанции цеха представляет собой распределительный щит напряжением 0,4 кВ. Трансформаторы на стороне напряжением 0,4 кВ подключены к шинам распределительного щита на панели автоматическими выключателями. Шины напряжением 0,4 кВ секционированы воздушным автоматом.

Распределительный щит имеет на отходящих фидерах рубильники с предохранителями или установочные автоматы в зависимости от назначения электроприемников. Кроме того, имеется присоединение для питания сети наружного освещения. По принципиальной схеме можно проследить взаимодействие всех элементов установки. При исчезновении напряжения на одной секции шин напряжением 10 кВ силовой трансформатор автоматически отключается на стороне напряжения 0,4 кВ. Включается автомат АВР и обе секции распределительного щита 0,4 кВ получают питание от одного из трансформаторов.

Отпущенная потребителям электроэнергия при необходимости может учитываться и на стороне напряжения 0,4-0,23 кВ трехфазным счетчиком, включенным через трансформаторы тока.

На предприятиях различных отраслей промышленности для внутрицеховой передачи и распределения энергии переменного тока к электроприемникам широко распространены магистральные и распределительные токопроводы.

Теоретические основы выбора коммутационных аппаратов напряжением до и выше 1000 В

В целях снижения стоимости распределительного устройства 10 кВ подстанции вместо силовых выключателей небольшой и средней мощности можно применять выключатели нагрузки, способные отключать рабочие токи линий, трансформаторов и других электроприемников. Для отключения токов короткого замыкания, превышающих допустимые значения для выключателей нагрузки, последние комплектуются кварцевыми предохранителями ПК. Номинальные токи плавких вставок предохранителей ПК следует выбирать так, чтобы не возникало ложное срабатывание предохранителя вследствие толчков тока при включении трансформатора на небольшую нагрузку. По ПУЭ для выполнения этого условия ток плавкой вставки выбирается в 1,4 - 2,5 раза больше номинального тока защищаемого электроприемника [9].

По ПУЭ условия выбора предохранителей напряжением выше 1 кВ: [6]

1) по номинальному напряжению;

2) по максимальному расчетному току защищаемой цепи;

3) по периодической составляющей тока короткого замыкания.

При эксплуатации электрических сетей длительные перегрузки проводов, кабелей, шин, а также возможные короткие замыкания, вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой. Это приводит к преждевременному износу их изоляции, последствием чего может быть пожар, взрыв, поражение персонала. Для предотвращения этого линия электроснабжения имеет аппараты защиты, отключающие поврежденный участок: автоматические выключатели, предохранители, тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и коротких замыканиях в защищаемой линии. Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные и полупроводниковые. Тепловые расцепители (ТР) срабатывают при перегрузках, электромагнитные (ЭМР) - при коротких замыканиях, полупроводниковые (ППР) - как при перегрузках, так и при коротких замыканиях.

Наиболее современными автоматические выключатели ВА предназначены для замены устаревших серии А 37, АЕ, АВМ и «Электрон». Автоматы серии ВА имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного напряжения до 690 В. Автоматически выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току и коммутационной способности.

Вывод. В первой части курсового проекта приведены основные теоретические положения, лежащие в основе методики выбора основного оборудования цеховых подстанций, а именно: рассмотрены требования нормативных документов по выбору электрооборудования мостового крана, силовых трансформаторов, питающих линий и коммутационной аппаратуры напряжением до и выше 1000 В.

2. Практическая часть

2.1 Исходные данные проектирования электродвигателей моста крана

Мостовой кран грузоподъемностью 380 тонн на переменном токе находится в производственном цехе, он осуществляет работу по переносу и установке частей оборудования агрегата и вспомогательного оборудования при капитальном и текущем ремонте. Основные технические данные моста крана приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические данные моста крана

Обозначение величины	Наименование величины	Значение
U	Переменное напряжение	380 В
Gном	Номинальная грузоподъемность крана	80 тонн
G0	Масса грузозахватывающего устройства	0,80 тонн
	Скорость подъема (опускания) груза	0,17 м/с
Д	Диаметр подъемной лебедки	1 м
Н	Высота подъема груза	12 м
	Передаточное число редуктора	74
	Передаточное число полиспаса	4
GМ	Вес моста	237 тонн
ПВР	Продолжительность включения двигателей моста (рабочая)	15%
ПВК	Продолжительность включения двигателей крана (каталожная)	40%
	КПД механизма при номинальной грузоподъемности	90%
КЗ	Коэффициент запаса крана при пуске и торможении	1,1
	Вид передачи редуктора	зубчатая

В практической части дипломного проекта проведем расчет и выбор асинхронных двигателей для привода подъема груза (главного подъема) и для привода передвижения самого моста [9].

2.2 Расчет и выбор двигателей для привода подъема груза

1. Определяем КПД подъемного механизма (двигателя) крана без груза, а так же при опускании механизма крана без груза по графику зависимости

= f ( [9]

В нашем случае: = 0,1

при = 0,9 и

В нашем случае: = = 0,65…0,7 для червячной передачи.

2. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при подъеме без груза

(2.1)

где - КПД подъемного механизма без груза, отн. ед;

- масса грузозахватывающего устройства, кг;

- ускорение свободного падения, м/с²;

- скорость подъема (опускания) груза, м/с

P_спо= 0,80 9,81 0,17 10^-3 = 19 кВт

3. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при опускании без груза

(2.2)

 кВт

4. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при опускании груза

(2.3)

кВт

5. Определяем статическую мощность на валу электродвигателя при подъеме груза

(2.4)

(80+0,80) 9,81 0,17 10^-3 = 192,5 кВт

6. Определяем статическую эквивалентную мощность на валу электродвигателя за рабочий цикл

(2.5)

=0.5 = 104 кВт

7. Определяем расчетную мощность электродвигателя механизма подъема мостового крана

, (2.6)

кВт

8. Определяем расчетную синхронную скорость электродвигателей крана

, (2.7)

= 961,5 об/мин

9. Принимаем ближайшую синхронную скорость двигателя 960 об/мин

10. По справочной таблице выбираем ближайший асинхронный двигатель с фазным ротором типа МТН 613 - 6.

11. Справочные данные механизма (двигателя) для подъема (опускания) груза приводим в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Каталожные данные механизма подъема груза

UНОМ	РНОМ
В	кВт	%	А	А		об/мин	Нм	кгм2
380	118	90	237	160	0,84	960	4660	0,313

12. Условие проверки двигателя: уточняем соотношение

=

295,5 ~ 296

Условие выполняется

13. Определяем номинальный статический момент на валу двигателя

(2.8)

М_ном=9550= 1173,9 Hм.

14. Определяем эквивалентный статический момент на валу двигателя

(2.9)

М_сэ== = 1033,8 H м.

15. Проверяем выбранный двигатель по нагреву

Условие проверки: (2.10)

1173,9Н•м>1033,8 Н•м

Условие выполняется

16. Проверяем выбранный двигатель по допустимой перегрузки

Условие проверки: (2.11)

3728 Нм1240,6 НHм

Условие выполняется

17. Проверяем выбранный двигатель по надежности пуска и разгона

Первое условие проверки:

(2.12)

Условие выполняется

Второе условие проверки:

 (2.13)

Условие выполняется

Вывод. Для привода механизма подъема мостового крана грузоподъемностью 80 тонн переменного тока выбран асинхронный двигатель с фазным ротором марки МТН 613-6, с номинальной мощностью 118 кВт и частотой вращения 960 об/мин, который проходит по условиям нагрева, по перегрузке и по надежности при пуске и разгоне.

2.3 Исходные данные для проектирования цеховой подстанции

Основные данные, необходимые для проектирования цеховой трансформаторной подстанции цеха систематизированы и приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 - Справочные и исходные данные

Наименование	Величина
Расстояние от энергосистемы до ГПП	L1 = 15 км
Расстояние от ГПП до ТП	L2 = 0,6 км
Ток короткого замыкания на шинах ГПП	= 10 кА
Время срабатывания релейной защиты	tЗАЩ. = 1,1 сек
Время срабатывания высоковольтного выключателя	tВЫКЛ = 0,1 сек
Выдержка времени срабатывания защит	= 0,05 сек
Напряжение на высшей и низшей стороне трансформаторной подстанции	U1H=10 кВ; U2H=0,4 кВ
Категория надежности электроснабжения потребителей цеха	2 и 3
Коэффициент спроса осветительной нагрузки	КС = 0,85
Количество рабочих смен в цехе-2	TМАКС = 3000 ч
Способ прокладки кабеля от ГПП до КТП	Прокладка в земле
Площадь цеха	S = 1344 м2
Температура окружающей среды при прокладке кабеля	tO= +150C
Температура прокладки шин на 0,4 кВ в цехе	tO= +250C
Температура нагрева кабеля 10 кВ в нормальном режиме	tН= +600C
Допустимая температура нагрева кабеля при коротком замыкании	tК= +2000C
Индуктивное сопротивление кабеля 10 кВ на один км длины	ХО = 0,08 Ом/км
Допустимое механическое напряжение алюминиевых шин
Допустимая потеря напряжения в силовой цепи
Коэффициент теплового эквивалента при коротком замыкании для кабелей и шин из алюминия	С =95 А сек1/2/мм2

Таблица 2.4 - Номинальные данные электроприемников цеха

Номер ЭП на плане	Наименование электрооборудования цеха	РН, кВт
1-2	Кран мостовой (ПВ=40%)	118
3-5	Сварочные аппараты	77
6-8	Токарные автоматы	18,5
9-11	Зубофрезерные станки	18,5
12-14	Круглошлифовальные станки	55
15-17	Заточные станки	11
18-19	Сверлильные станки	7,5
20-25	Токарные станки	11
26-27	Плоскошлифовальные станки	22
28-30	Строгальные станки	5,5
31-34	Фрезерные станки	18,5
35-37	Расточные станки	15
38-39	Вентиляторы	22
	Осветительная установка (лампы накаливания) при площади цеха S=1344 м2и удельной мощности рУД =9 Вт/м2

2.4 Расчет электрических нагрузок ремонтно-механического цеха

Для расчета электрических нагрузок составляем таблицу данных по каждому виду электроприемников, установленных в ремонтно-механическом цехе с учетом исходных данных, выданных к проекту (таблица 2.5). Расчет электрических нагрузок (основного силового электрооборудования) цеха производим методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм), осветительной нагрузки - методом коэффициента спроса.

Таблица 2.4 - Исходные и справочные данные для расчета электрических нагрузок цеха

Номер на плане	Наименование электроприемников	Нагрузка установленная
		РН1	n	КИ	cos	tg
		кВт
1-2	Кран мостовой (ПВ=40%)	118	2	0,1	0,5	1,73
3-5	Сварочные автоматы	77	3	0,5	0,7	1,02
6-8	Токарные автоматы	22	3	0,17	0,65	1,16
9-11	Зубофрезерные станки	18,5	3	0,17	0,65	1,16
12-14	Круглошлифовальные станки	55	3	0,17	0,65	1,16
15-17	Заточные станки	11	3	0,17	0,65	1,16
18-19	Сверлильные станки	7,5	2	0,12	0,4	2,29
20-25	Токарные станки	11	6	0,16	0,6	1,3
26-27	Плоскошлифовальные станки	22	2	0,17	0,65	1,16
28-30	Строгальные станки	5,5	3	0,12	0,4	2,29
31-34	Фрезерные станки	18,5	4	0,16	0,6	1,3
35-37	Расточные станки	15	3	0,16	0,6	1,3
38-39	Вентиляторы	22	2	0,7	0,8	0,75
Осветительная установка (лампы накаливания) при площади цехаS=1344 м2и удельной мощности рУД =9 Вт/м2				1

Общая номинальная активная мощность электроприемников с длительным режимом работы определяется по формуле

, , [3] (2.14)

где количество однородных электроприемников;

Р_Н1 - номинальная мощность одного электроприемника, кВт.

Номинальная активная мощность электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы (например, мостовые краны) определяется по формуле

, [3] (2.15)

где Р_ПАСП - паспортная мощность электроприемника, кВт

Активная мощность осветительной нагрузки определяется по формуле

Р_О=) , , [9] (2.16)

где - удельная мощность нагрузок, Вт/м²;

S - площадь цеха, м²;

K_C - коэффициент спроса.

Активная мощность сварочного аппарата определяется по формуле

,, [3] (2.17)

где S_Н - номинальная полная мощность сварочного аппарата, кВА;