Загрузка...Электроснабжение цеха нестандартного оборудования
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧЕРЕЖДЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОМЕЛЬСКИЙ государственный ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»
Специальность 2-36.0,331 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования»
Дисциплина «Электроснабжение предприятий и гражданских зданий»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Электроснабжение цеха нестандартного оборудования»
КП. МЭ-31.002
Разработал А.В. Чеченков
Принял руководитель проекта А.В. Дробов
2013
Введение
Данный курсовой проект выполняется для углубления и закрепления теоретических знаний, полученных нами за курс изучения дисциплины.
Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией электроприемников предприятия и должны отвечать определенным технико-экономическим требованиям: они должны обладать минимальными затратами при соблюдении всех технических показателей; обеспечивать требуемую надежность электроснабжения и надлежащее качество электрической энергии; быть удобны в эксплуатации и безопасны в обслуживании; иметь достаточную гибкость, позволяющую обеспечивать оптимальные режимы эксплуатации, как в нормальном, так и в послеаварийном режимах; позволять осуществление реконструкций без существенного удорожания первоначального варианта.
По мере развития электропотребления к системам электроснабжения предъявляются и другие требования, например, возникает необходимость внедрения систем автоматического управления и диагностики СЭС, систем автоматизированного контроля и учета электроэнергии, осуществления в широких масштабах диспетчеризации процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления.
Чтобы система электроснабжения удовлетворяла всем предъявляемым к ней требованиям, необходимо при проектировании учитывать большое число различных факторов, то есть использовать системный подход к решению задачи. Таким образом, создание рациональной системы электроснабжения промышленного предприятия является сложной задачей, включающей в себя выбор рационального числа трансформаций, выбор рациональных напряжений, правильный выбор места размещения цеховых подстанций и ГПП, совершенствование методики определения электрических нагрузок, рациональный выбор числа и мощности трансформаторов, схем электроснабжения и их параметров, а также сечений проводов и жил кабелей, способов компенсации реактивной мощности, автоматизации, диспетчеризации и др. Принятие оптимальных решений на каждом этапе проектирования ведет к сокращению потерь электроэнергии, повышению надежности и способствует осуществлению общей задачи оптимизации построения систем электроснабжения.
1. Исходные данные
исходными данными для расчета электрических нагрузок групп электроприемников являются номинальная мощность электроприемников и характер изменения нагрузки, определяемый технологическим режимом. Данные отражены в таблице 1.1
Таблица 1.1- исходные данные
Номер на планеНаименование оборудованияУстановленная мощность, кВт1231,2Пресс гидравлический станок2,23Токарно-винторезный станок8,43Токарно-винторезный станок8,43Токарно-винторезный станок8,43Токарно-винторезный станок8,44Вертикально-фрезерный станок9,84Вертикально-фрезерный станок9,85Вертикально-фрезерный станок9,85Вертикально-фрезерный станок9,86Вертикально-фрезерный станок9,87Вертикально-сверлильный станок1,67Вертикально-сверлильный станок1,68Вертикально-сверлильный станок1,68Вертикально-сверлильный станок1,68Вертикально-сверлильный станок1,69Вертикально-сверлильный станок1,69Вертикально-сверлильный станок1,69Вертикально-сверлильный станок1,69Вертикально-сверлильный станок1,610Вертикально-сверлильный станок1,611Вертикально-протяжной станок1711Вертикально-протяжной станок1712Радиально-сверлильный станок2,212312Радиально-сверлильный станок2,212Радиально-сверлильный станок2,213Токарно-револьверный станок8,214Токарно-револьверный станок8,214Токарно-револьверный станок8,214Токарно-револьверный станок8,214Токарно-револьверный станок8,214Токарно-револьверный станок8,215Радиально-сверлильный станок7,516Гайконарезной полуавтомат3,916Гайконарезной полуавтомат3,917Гайконарезной полуавтомат3,917Гайконарезной полуавтомат3,918Гайконарезной полуавтомат6,218Гайконарезной полуавтомат6,219Резьбонарезной полуавтомат1,520вентилятор7,521Вентилятор7,522Вентилятор7,523Токарно-револьверный полуавтомат4,523Токарно-револьверный полуавтомат4,523Токарно-револьверный полуавтомат4,523Токарно-револьверный полуавтомат4,524Горизонтально-фрезерный станок225Горизонтально-фрезерный станок226Горизонтально-фрезерный станок227Токарно-револьверный автомат728Токарно-револьверный автомат712329Токарно-револьверный автомат730Машина моечная21,730Машина моечная21,730машина моечная21,731Машина моечная21,732Вертикально-протяжной станок1033универсальный круглошл. бесцентр. станок11,534Токарно-винторезный станок8,435Токарно-винторезный станок8,435Токарно-винторезный станок8,436Горизонтально-фрезерный станок1836Горизонтально-фрезерный станок1836Горизонтально-фрезерный станок1836Горизонтально-фрезерный станок1836Горизонтально-фрезерный станок1838Горизонтально-фрезерный станок5,639Резьбонарезной полуавтомат4,239Резьбонарезной полуавтомат4,239Резьбонарезной полуавтомат4,239Резьбонарезной полуавтомат4,240Настольно-сверлильный станок0,641Кругло-шлифовальный станок7,441Кругло-шлифовальный станок7,441Кругло-шлифовальный станок7,4
2. характеристика потребителей электроэнергии
Так как в цеху имеются различные потребители электроэнергии с различными режимами работы, то они имеют различные коэффициенты использования и мощности, представленные в таблице 2.1. Данные виды станков относятся к 3 категории надежности электроснабжения, которая позволяет прерывать питание на одни сутки, для проведения ремонтных работ. Питание для таких электроприемников предусматривается от одного источника. В нашем случае это комплектная трансформаторная подстанция.
Таблица 2.1- характеристика потребителей электроэнергии
Номер на планеНаименование оборудованияУстановленная мощность, кВт123451,2Пресс гидравлический станок2,20,650,83,34,35Токарно-винторезный станок8,40,140,44-6Вертикально-фрезерный станок9,80,120,47-10Вертикально-сверлильный станок1,60,130,511Вертикально-протяжной станок170,140,512Радиально-сверлильный станок2,20,130,513,14Токарно-револьверный станок8,20,170,6515Радиально-сверлильный станок7,50,130,516,17Гайконарезной полуавтомат3,90,130,518Гайконарезной полуавтомат6,20,130,519Резьбонарезной полуавтомат1,50,130,520-22вентилятор7,50,70,823Токарно-револьверный полуавтомат4,50,130,524-26Горизонтально-фрезерный станок20,120,427-29Токарно-револьверный автомат70,170,6530,31Машина моечная21,70,20,751234532Вертикально-протяжной станок100,140,533универсальный круглошл. бесцентр. станок11,50,120,536Горизонтально-фрезерный станок180,120,437Токарный полуавтомат2,20,140,438Горизонтально-фрезерный станок5,60,120,439Резьбонарезной полуавтомат4,20,130,540Настольно-сверлильный станок0,60,130,541Круглошлифовальный станок7,40,120,5
3. Расчет электрических нагрузок
Расчетная нагрузка по допустимому нагреву представляет собой такую условную длительную неизменную нагрузку, которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому воздействию: максимальной температуре нагрева проводника или тепловому износу его изоляции.
Расчетная активная мощность группы электроприемников для ШР1 (количество электроприемников в группе более одного) на напряжение до 1 кВ определяется по выражению:
(3.1)
где — коэффициент расчетной мощности;
— коэффициент использования i-го электроприемника;
— номинальная мощность i-го электроприемника;
— количество электроприемников в группе.
Определяем групповой коэффициент использования для ШР1:
(3.2)
По таблице определяем расчётный коэффициент (; ).
постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.
Эффективное число электроприемников — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприемников. Величина определяется по выражению:
(3.3)
где — номинальная активная нагрузка группы электроприемников или всего цеха, кВт.
Расчетная реактивная мощность для ШРА1 определяется следующим образом — для питающих сетей (питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты) в зависимости от значения:
при (3.4)
при (3.5)
Так как то
для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу:
(3.6)
где — коэффициент реактивной мощности i-го электроприемника, принимаемый по значению
линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:
(3.7)
где — полная расчетная мощность узла нагрузки, .
Расчет электрических нагрузок представлен в приложении ПА-1.
Вывод: В данном пункте курсового проекта мы рассчитали нагрузки всех потребителей, полная нагрузка по цеху составила 211,7 кВар, а расчётный ток равен 320,7 А.
4. Компенсация реактивной мощности
Под компенсацией реактивной мощности понимается снижение реактивной мощности, циркулирующей между источниками тока и электроприемниками, а, следовательно, и снижение тока в генераторах и сетях.
Определяем полную мощность потребителя по формуле:
; (4.1)
где — расчетная активная нагрузка по цеху;
— расчетная реактивная нагрузка по цеху.
Фактический коэффициент мощности определим по выражению:
; (4.2)
Мощность компенсирующего устройства определяется по формуле:
(4.3)
где — нормативный коэффициент расчётной мощности.
Где — нормативный коэффициент расчётной мощности.
выбираем стандартную конденсаторную установку марки со стандартным значением реактивной мощности Тогда полная мощность определяется следующим образом:
(4.4)
Коэффициент мощности после компенсации реактивной нагрузки:
Вывод: В данном пункте курсового проекта мы рассчитали мощность компенсирующего устройства и выбрали конденсаторную установку, построили треугольник мощностей до и после компенсации реактивной мощности и представили в приложении ПА-4 .
5. Выбор числа и мощности трансформаторов КТП
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на потребительских подстанциях 6-10/0,4 кВ определяется величиной и характером электрических нагрузок, требуемой надежностью электроснабжения, территориальным размещением нагрузок и перспективным их изменением и выполняется при необходимости достаточного обоснования на основании технико-экономических расчетов.
Как правило, в системах электроснабжения применяются одно трансформаторные и двух трансформаторные подстанции.
Выбор мощности трансформаторов производится на основании следующих основных исходных данных: расчетной нагрузки объекта электроснабжения, продолжительности максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии и т. д
В системах электроснабжения промышленных предприятий наибольшее применение нашли следующие единичные мощности трансформаторов: 630, 1000, 1600 кВА, в электрических сетях городов — 400, 630 кВА. Практика проектирования и эксплуатации показала необходимость применения однотипных трансформаторов одинаковой мощности, так как разнообразие их создает неудобства в обслуживании и вызывает дополнительные затраты на ремонт.
Для данного цеха принимаем светильники УПДДРЛ с газоразрядными лампами высокого давления ДРЛ-400. Высота подвеса 7 метров.
Определяем площадь помещения по плану:
; (5.1)
где — ширина цеха,
— длина цеха, .
Определяем установленную мощность:
Для
Так как
Определяем удельную мощность:
(5.2)
Рассчитаем осветительную нагрузку по цеху:
; (5.3)
где — коэффициент спроса на освещение, принимается 0,8 — 0,9;
— коэффициент пускорегулирующей аппаратуры, равный 1,1 (для ламп ДРЛ, ДРИ).
кВт
Находим полную нагрузку по цеху по формуле:
; (5.4)
Принимаем к установке в КТП один трансформатор мощностью 160 кВА марки ТСЗ-160/10/0,4.
Коэффициент загрузки трансформатора определяем по выражению:
(5.5)
где — номинальная мощность выбранного трансформатора
Вывод: в данном пункте курсового проекта мы рассчитали осветительную нагрузку и требуемую мощность трансформатора, и по данной мощности выбрали трансформатор для установки в КТП марки ТСЗ-160/10/0,4. Так как мощность трансформатора занижена, то в дальнейшем есть возможность подключения к трансформатору новых нагрузок.
6. Выбор электрооборудования КТП и питающей сети
исходными данными для выбора аппаратов защиты, контроля и учета будут определенные ранее расчетные токи распределительных шкафов и шинопроводов.
КТП состоит из: шкафа вводного высоковольтного (ШВВ) и низковольтного (ШВН), РУ-0,4 кВ. комплектующегося шкафами низковольтными линейными ШНЛ.
Определим тип выключателя нагрузки, предохранителя и питающего
кабеля на высоковольтном вводе подстанции ШВВ:
Расчётный ток питающего кабеля КТП найдём по формуле:
(6.1)
где — расчётная мощность цеха, кВА; — напряжение на вводе в КТП.
Высоковольтный предохранитель выбираем из условия:
Предохранитель, удовлетворяющий данному условию — ПКТ 101- 10/16
Расчётный ток цеха находим по формуле:
(6.2)
где — расчётная мощность цеха, кВА; — напряжение на выходе из КТП.
выбираем сечение вводного кабеля по экономической плотности тока:
(6.3)
где — расчетный ток в нормальном режиме работы, А; — нормированное значение экономической плотности тока , .
По полученному сечению выбираем кабель .
Проверяем выбранный кабель на термическую устойчивость к токам короткого замыкания:
(6.4)
где — ток короткого замыкания, равный 4250 А;
— приведённое время короткого замыкания, равное 0,2 секунды;
. для кабеля с алюминиевыми жилами.
Так как кабель термически неустойчив, то выбираем кабель на ток 75 А.
Выключатель нагрузки выбирается из условия:
По ранее проведенным расчетам выберем выключатель нагрузки с
пружинным приводом типа .
Шкаф ввода низкого напряжения ШВН комплектуется трансформатором тока ТК20, амперметром PA1, вольтметром PV2, счётчиком активной () и реактивной () энергии, автоматическим выключателем BA.
выбираем вольтметр PV1 по напряжению
с классом точности 2,5.
Так же выбираем амперметр PA1 по току
с классом точности 2,5.
Для измерения тока нулевого провода будем использовать
трансформатор тока
Для учета потребленной энергии выберем счетчики активной и реактивной энергии Гран-Электро СС-301:
счетчик активной энергии:
счетчик реактивной энергии: .
выбираем автоматический выключатель серии BA по следующим условиям:
; (6.5)
; (6.6)
выбираем автоматический выключатель серии
Аналогично проводим расчеты выбора электрооборудования для распределительных шкафов, шинопроводов:ШР1,ШР2,ШР3,ШР4,ШР5, ШРА1,ШРА2 и комплектной конденсаторных установок ККУ типа и заносим в таблицу 3.1
Таблица 3.1 — Электрооборудование шинопроводов и ККУ
Тип амперметраТип трансформатора токаТип автоматического выключателяШР1Э8021 50/5ТК-20 50/5ВА51-31 100/50ШР2Э8021 30/5ТК-20 30/5ВА51-31 100/20ШР3Э8021 50/5ТК-20 50/5ВА51-31 100/40ШР4Э8021 50/5ТК-20 50/5ВА51-31 100/40ШР5Э8021 30/5ТК-20 30/5ВА51-31 100/20ШРА1Э8021 100/5ТК-20 100/5ВА51-31 100/100ШРА2Э8021 100/5ТК-20 100/5ВА51-31 100/100ККУ1Э8021 100/5ТК-20 100/5ВА51-31 100/100
Выберем сечения питающих кабелей с учетом токов защитных аппаратов для питания шинопроводов по следующим условиям:
(6.7)
(6.8)
где — номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя;
— коэффициент, выбираемый в зависимости от типа аппарата защиты, для автоматического выключателя с комбинированным расцепителем Питающие сети пяти проводные, поэтому в качестве питающего кабеля будет использоваться кабель марки АВВГ с пятью алюминиевыми жилами. Для ШР 1:
А
выбираем кабель мм2
Для ШР 2:
А
Выбираем кабель мм2
Для ШР 3: А
выбираем кабель мм2
Для ШР 4:
А
Выбираем кабель мм2
Для ШР 5:
А
выбираем кабель мм2
Для ШРА 1:
А
Выбираем кабель мм2
Для ШРА 2:
А
выбираем кабель мм2
Вывод: в данном пункте курсового проекта мы выбрали трансформаторы тока исходя из условия выбора и марки различных счетчиков для контроля качества и количества потребляемой электроэнергии, выбрали сечения питающих кабелей.
7. Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ от перегрузки и токов короткого замыкания
Исходными данными для выбора аппаратов защиты являются номинальные токи электродвигателей.
выбираем электродвигатель для электроприемника №1,2 АИР 80 В2 номинальной мощностью
Определяем номинальный ток электродвигателя по формуле:
; (7.1)
где — номинальная мощность электродвигателя, кВт;
— номинальное напряжение электродвигателя, В;
— КПД электродвигателя, %.
Выберем аппараты защиты для электродвигателя по условиям:
, (7.2)
, (7.3)
где — пусковой ток электродвигателя
Выбираем для данного электродвигателя автоматический выключатель
Аналогично осуществляем выбор электродвигателей для других электроприёмников и результаты заносим в приложение ПА-3. Также аналогично выбираем автоматические выключатели и результаты заносим в приложение ПА-2
полученные ранее результаты расчета позволяют выбрать типы шинопроводов.
Выбор щкафов и шинопровода осуществляется по условию:
(7.4)
выбираем распределительный шкаф типа ШР86 .
ШР1: ШР86-Ин1-01
ШР2: ШР86-Ин1-01
ШР3: ШР86-Ин1-01
ШР4: ШР86-Ин1-01
ШР5: ШР86-Ин1-01
выбираем распределительный шинопровод типа ШРА4 .
ШРА1: ШРА4-250-19-1У3
ШРА2: ШРА4-250-19-1У3
Для питания электроприёмников от ШРА применяют ответвительные коробки с разъединителем.
Выбор ответвительной коробки осуществляется по условию:
(7.5) 160 А 91,17А
выбираем ответвительную коробку с разъединителем типа У2032.
В качестве вводного аппарата устанавливаем вводные силовые ящики с автоматическим выключателем.
Выбор силового ящика осуществляется по условию:
(7.4) 100 А 91,17 А
выбираем вводной ящик с автоматическим выключателем типа Я-3134 А3100
Кран-балки и вентиляторы поставляются без коммутационных аппаратов. В качестве коммутационного аппарата выберем пускатель. Выбор пускателя для кран-балок и вентиляторов осуществляется по условию:
; (7.5)
где — номинальный ток нагревательного элемента теплового реле, А Выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ-2000 на 25 А и тепловое реле РТЛ-1021.
Вывод: В данном пункте мы выбирали аппараты защиты от перегрузок и токов короткого замыкания для отдельных электроприемников, а также выбирали двигатели и пускозащитные аппараты.
8. Расчет параметров и выбор проводов и кабелей распределительной сети
Выбор сечения проводов и кабелей распределительной сети с учетом токов защитных аппаратов для подвода к электроприемникам проведем по ранее приведенным условиям. Для автоматов
Распределительные сети будут четырехпроводными, поэтому будем использовать провод марки АПВ с алюминиевой жилой.
(8.1)
; (8.2)
где — длительно допустимый ток выбранного проводника, А;
— поправочный коэффициент, учитывающих условия прокладки проводов и кабелей ,в нормальных условиях равен 1;
— номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя, А;
— коэффициент, выбираемый в зависимости от типа аппарата защиты, для автоматического выключателя с комбинированным расцепителем
Выберем провод для распределительной сети:
№1,2: Пресс гидравлический станок:
выбираем провод АПВ 5х2,5 мм2
Аналогично проводим расчет выбора сечения кабелей для остальных электроприёмников распределительной сети.
Выбранные провода распределительной сети заносим в приложения ПА-2
Вывод: в данном пункте мы выбрали провода марки АПВ для подключения электроприемников к шинопроводам.
9. Расчет заземляющих устройств в электроустановках
поражение человека электрическим током возможно при прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, или к металлическим нетоковедущим частям оборудования и сетей, оказавшимся под напряжением при нарушении изоляции.
Различают два вида прикосновения к токоведущим частям: двухполюсное, когда человек одновременно прикасается, чаще всего руками, к двум фазам сети, и однополюсное, когда человек, стоя на земле или заземленной конструкции здания прикасается лишь к одной фазе сети. наиболее опасны случаи двухполюсного прикосновения, так как человек оказывается включенным на линейное напряжение установки. В этом случае ток, протекающий через тело человека:
; (9.1)
где — электрическое сопротивление тела или части тела человека, Ом;
— ток протекающий через тело человека, А.
Заземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников. Заземлитель представляет собой один или несколько металлических соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.
Заземляющие проводники — это металлические проводники, соединяющие заземлитель с заземленными частями электроустановки.
Сопротивление заземляющего устройства состоит из сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников, определяется по формуле:
(9.2)
где — напряжение относительно земли (нулевого потенциала), В.
При расчете заземляющего устройства определяются тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников.
Для суглинка величина удельного сопротивления:
Зная расчетное удельное сопротивление грунта, форму и размеры одного заземлителя, можно определить его сопротивление.
Выберем в качестве заземлителя углубленный прутковый электрод диаметров 12 мм, длиной 5 метров.
Определим сопротивление заземлителей по формуле:
(9.3)
Рассчитаем количество заземлителей:
; (9.4)
где — коэффициент экранирования, равный 0,59 для 10 заземлителей;
— защитное сопротивление, равное 4 Ома.