Электроснабжение электромеханического цеха
Введение
Электроснабжение любого предприятия должно быть надёжным, экономичным с возможностью загрузки на полную мощность.
При расчёте электроснабжения электромеханического цеха завода учтены категории токоприёмников цеха, учтены вопросы пожаро и взрывобезопасности помещений, в которых расположено электрооборудование цеха.
В расчётно-конструкторской части курсового проекта произведены необходимые расчёты по определению мощности трансформатора, выбору его типа и количества трансформаторов установленных в помещении цеховой ТП.
Выбрана оптимальная для данного цеха схема электроснабжения с расчётом токов нагрузки отходящих кабельных и проводных линий, выбраны провода воздушно-кабельной линии для запитки трансформаторов, рассчитаны токи коротких замыканий. Значение токов к.з использованы для проверки работоспособности эл.аппаратов, шин и кабелей на динамическую и термическую стойкость.
Важное значение отводится качеству электрической энергии, поэтому произведён расчёт электрических цепей на потерю напряжения. В проекте применена типовая аппаратура для комплектации силовых ящиков и щитов. Расчёт и выбор пусковой и защитной аппаратуры произведён по расчётным и пусковым токам питаемых электродвигателей. Курсовой проект по электроснабжению электромеханического цеха является базовым для выполнения следующих заданий по технологии электромонтажных работ и экономике.
1. Общая часть
.1 Характеристика механического цеха тяжелого машиностроения, потребителей электроэнергии и технологического процесса
Механический цех тяжёлого машиностроения (МЦТМ) предназначен для серийного производства изделий.
Он является крупным вспомогательным цехом завода машиностроения и выполняет заказы основных цехов. Станочное отделение выполняет подготовительные операции (обдирку) изделий для дальнейшей обработки их на анодно-механических станках.
Для этой цели установлено основное оборудование: обдирочное, шлифовальные, анодно-механические станки и др.
В цехе предусмотрены производственные, вспомогательные, служебные и бытовые помещения.
МЦТМ получает ЭСН от ГПП или ПГВ завода.
Расстояние от ГПП до цеховой ТП - 1,2 км.
Напряжение 6 и 10 кВ. На ГПП подаётся ЭСН от ЭНС, расстояние - 8 км.
Количество рабочих смен - 2.
Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надёжности ЭСН, работают в нормальной окружающей среде.
Грунт в районе цеха - песок с температурой +20◦С.
Каркас здания МЦТМ смонтирован из блоков - секций длиной 6 м каждый.
Размеры цеха A x B x H = 48 x 30 x 9 м.
Вспомогательные, бытовые и служебные помещения двухэтажные высотой 4 м.
Перечень оборудования цеха указан в таблице 1.
Мощность электропотребления (Pэп) указана для одного электроприёмника.
Расположение основного оборудования показано на плане (чертёж 1).
Таблица 1
№ на планеНаименование ЭОВариант 3ПримечаниеPэп, кВт12341…5Шлифовальные станки506, 16, 18…20Обдирочные станки типа РТ-3414517Кран мостовой4021…23, 29…31Обдирочные станки типа РТ-2503524…28, 34…36Анодно-механические станки типа МЭ-3118,47…15Анодно-механические станки типа МЭ-121032Вентилятор вытяжной1833Вентилятор приточный20
2. Расчётно-конструкторская часть
.1 Категория надёжности электроснабжения и выбор схем ЭСН
По заданию на проектировании электроснабжения цеха обработки корпусных деталей осуществляется от энергосистемы к которой подключена ГПП предприятия.
Требования предъявляемые к надёжности электроснабжения от источников питания определяются потребляемой мощностью и его видам.
Приёмником электрической энергии в отношении обеспечения надёжности разделяются на несколько категорий.
Первая категория - электроприёмники - перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции.
В городских сетях с первой категории относят центральные канализационные станции, АТС, радио и телевидение, лифтовые установки высоких зданий. Временный интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприёмников 1-ой категории не более 1 мин.
Вторая категория - электроприёмники - перерыв электроснабжения которых приводит к массовым не допускам продукции, массовым рабочих, механизмов.
Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприёмников второй категории не более 30 мин.
Третья категория - все остальные токоприёмники не подходящие под определения 1-ой и 2-ой категории к ним относят установки вспомогательного производства.
Электроприёмники 1-ой категории должны обеспечиваться электроэнергией от 2-ух независимых источников питания, при отключении одного из них переключения на резервный должно осуществляться автоматически.
.2 Расчёт электрических нагрузок, компенсирующего устройства и выбор трансформаторов
Основным методом расчёта электрических нагрузок является метод коэффициента максимума, который сводится к определению максимальных (Pм, Qм, Sм) расчётных нагрузок групп электроприёмников.
Значение: Pм = Км ∙ Pсн ; Qм = Км′ ∙ Qсм
Sм = √ Pм²+Qм²
где: Pм - максимальная активная нагрузка, кВт;
Qм - максимальная реактивная нагрузка, кВар;
Sм - максимальная полная нагрузка, кВА;
Км - коэффициент максимума активной нагрузка;
Км′ - коэффициент максимума реактивной нагрузки;
Pсм - средняя активная мощность в наиболее загрузочную смену, кВт;
Qсм - средняя реактивная мощность в наиболее загруженную смену кВар.
Pсм - Ки ∙ Pн; Qсм = Pсм ∙ tgφ ,
где: Ки - коэффициент использования электроприёмников, определяется на основании опыта эксплуатации по таблице 2.1;
Pн - номинальная активная групповая мощность, приведённая к длительному режиму, без учёта резервных электроприёмников, кВт;
tgφ - коэффициент реактивной мощности;
Км = F(Ки, nэ) определяется по таблицам (графикам) (см. табл. 2.3), а при отсутствии их может быть вычислен по формуле
Км = 1+ 1,5/√nэ∙√1-Ки.ср/Ки.ср,
где: nэ - эффективное число электроприёмников.
Ки.ср - средний коэффициент использования группы электроприёмников,
Ки.ср = Pсм.∑/Pн.∑,
где: Pсм.∑, Pн.∑ -суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприёмников, кВт;
nэ = F(n, m, Ки.ср, Pн) может быть определено по упрощённым вариантам (таблица 2.2),
где: n - фактическое число электроприёмников в группе;
m - показатель силовой сборки в группе,
m = Pн.нб/Pн.нм,
где: Pн.нб, Pн.нм - номинальные приведённые к длительному режиму активные мощности электроприёмников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.
В соответствии с практикой проектирования принимается Км′ =1,1 при nэ ≤ 10; Км′ =1 при nэ >10.
Приведение мощностей 3-фазных электроприёмников к длительному режиму
Pн = Pп - для электроприёмников ДР;
Pн = Pп√ПВ - электроприёмников ПКР;
Pн = Sп cosφ√ПВ - для сварочных трансформаторов ПКР;
Pн = Sп cosφ - для трансформаторов ДР,
где Pн, Pп - приведённая и паспортная активная мощность, кВт;
Sп - полная паспортная мощность, кВ∙А;
ПВ - продолжительность включения, отн. ед.
Определение потерь мощности в трансформаторе
Приближённо потери мощности в трансформаторе учитываются в соответствии с соотношениями
∆P = 0,02Sнн;
∆Q = 0,1Sнн;
∆S = √∆P² + ∆Q²;
Sвн = Sнн + ∆S.
Распределяется нагрузка по секциям
Таблица 2.5
Секция 1Нагрузка приведённаяСекция 2ШМА-1кВт.ШМА-2Шлифовочные станки. 1…550x540x1Кран мостовой. 17Обдирочные станки типа РТ-341. 6,1645x245x3Обдирочные станки типа РТ-341. 18…20Анодно-механические станки типа МЭ-12. 7…1510x918,4x8Анодно-механические станки типа МЭ-31. 24…28, 34…36Вентилятор вытяжной. 3218x120x1Вентилятор приточный. 3335x6Обдирочные станки типа РТ-250. 21…23 | 29…31448 кВтИТОГО553 кВт
Согласно распределению нагрузок по РУ заполняется Сводная ведомость… (таблица 2.6).
Колонки: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Расчёты производятся для ШМА 1 и ШМА 2.
Определяется m = Pн.нб/Pн.нм, результат заносится в колонку 8.
Определяются Pсм = КиPн, Qсм = Pсм tgφ, Sсм = √Pсм²+Qсм²,
результаты заносятся в колонки 9, 10, 11 соответственно.
Pсм = КиPн
ШМА 1:
1.Pсм = 0,14∙250 = 35 кВт;
2.Pсм = 0,17∙90 = 15,3 кВт;
3.Pсм = 0,16∙90 = 14,4 кВт;
4.Pсм = 0,6∙147,2 = 10,8 кВт.
ШМА 2:
1.Pсм = 0,1∙40 = 4 кВт;
2.Pсм = 0,17∙135 = 22,9 кВт;
3.Pсм = 0,16∙18,4 = 23,5 кВт;
4.Pсм = 0,6∙20 = 12 кВт;
5.Pсм = 0,17∙210 = 35,4 кВт.
Qсм = Pсм tgφ
ШМА 1:
1.Qсм = 35∙1,73 = 60,5 квар;
2.Qсм = 15,3∙1,17 = 17,9 квар;
3.Qсм = 14,4∙1,33 = 19,1 квар;
4.Qсм = 10,8∙0,75 = 8,1 квар.
ШМА 2:
1.Qсм = 4∙1,73 = 6,92 квар;
2.Qсм = 22,9∙1,17 = 26,7 квар;
3.Qсм = 23,5∙1,33 = 31,2 квар;
4.Qсм = 12∙0,75 = 9 квар;
5.Qсм = 35,4∙1,17 = 41,4 квар;
Sсм = √Pсм²+Qсм²
ШМА 1:
Sсм = √Pсм²+Qсм² = √75,5²+105,6² = 129,8 кВ∙А.
ШМА 2:
Sсм = √Pсм²+Qсм² = √97,8²+115,2² = 150 кВ∙А.
Определяется
Ки.ср = Pсм.∑/Pн.∑, cosφ = Pсм.∑/Sсм.∑, tgφ = Qсм.∑/Pсм.∑
Для ШМА 1 и ШМА 2, результаты заносятся в колонки 5, 6, 7 соответственно.
Ки.ср = Pсм.∑/Pн.∑
ШМА 1:
Ки.ср = 75,5/446 = 0,16
ШМА 2:
Ки.ср = 97,8/553 = 0,17
cosφ = Pсм.∑/Sсм.∑
ШМА 1:
cosφ = 75,5/129,8 = 0,58
ШМА 2:
cosφ = 97,8/150 = 0,65
tgφ = Qсм.∑/Pсм.∑
ШМА 1:
tgφ = 105,6/75,5 = 1,39
ШМА 2:
tgφ = 115,2/97,8 = 1,17
Определяется nэ = F(n,m,Ки.ср,Pн) результат заносится в колонку 12.
nэ не определяется, а
Pм = КзPн.∑,
где Кз - коэффициент загрузки.
Кз (пкр) = 0,75 (повторно-кратковременный режим);
Кз (др) = 0,9 (длительный режим);
Кз (ар) = 1 (автоматический режим).
Определяется
Pм = КзPн.∑, Qм = Км′Qсм, Sм = √Pм²+Qм²
Pм = КзPн.∑
ШМА 1:
Pм = КзPн.∑ = 0,75∙446 = 334,5 кВт;
ШМА 2:
Pм = КзPн.∑ = 0,75∙553 = 414,7 кВт.
Qм = Км′Qсм
ШМА 1:
Qм = Км′Qсм = 1∙105,6 квар;
ШМА 2:
Qм = Км′Qсм = 1∙115,2 квар.
Sм = √Pм²+Qм²
ШМА 1:
Sм = √Pм²+Qм² = √334,5²+105,6² = 350 кВ∙А;
ШМА 2:
Sм = √Pм²+Qм² = √414,7²+115,2² = 430 кВ∙А.
Определяется ток на РУ, результат заносится в колонку 18.
Iм (шма1) = Sм(шма1)/√3Vл = 350/1,73∙0,38 = 538 А.
Iм (шма2) = Sм(шма2)/√3Vл = 430/1,73∙0,38 = 661 А.
Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 15,16, 17.
∆Pт = 0,02Sм(нн) = 0,02∙780 = 15,6 кВт;
∆Qт = 0,1Sм(нн) = 0,1∙780 = 78 квар
∆Sт = √∆Pт²+∆Qт² = √15,6²+78² = 79,5 кВ∙А
Определяется расчётная мощность трансформатора с учётом потерь, но без компенсации реактивной мощности.
Sт ≥ Sp =0,7∙870 = 609 кВ∙А
Выбирается КТП 2x1000-10/0,4;
с двумя трансформаторами ТМ-630-10/0,4.
Таблица 2.6
Сводная ведомость нагрузок
Наименование РУ и электроприёмниковНагрузка установленнаяНагрузка средняя за сменуНагрузка максимальнаяPн, кВтnPн.∑, кВтКиcosφtgφmPсм, кВтQсм, кВтSсм, кВ∙АnэКмКм′Pм, кВтQсм, кварSм, кВ∙АIм, А1234567891011121314151617181. Шлифовальные станки5052500,140,51,733560,52. Обдирочные станки типа РТ-341452900,170,651,1715,317,93. Анодно-механические станки типа МЭ-12109900,160,61,3314,419,14. Вентилятор вытяжной181180,60,80,7510,88,1Всего по ШМА-1-174460,160,581,3975,5105,6129,8170,751334,5105,63505381. Кран мостовой401400,10,51,7346,922. Одирочные станки типа РТ-3414531350,170,651,1722,926,73. Анодно-механические станки типа МЭ-3118,48147,20,160,61,3323,531,24. Вентилятор приточный201200,60,80,751295. Обдирочные станки типа РТ-2503562100,170,651,1735,441,4Всего по ШМА-2-195530,170,651,1797,8115,2150190,751414,7115,2430661ЩО--120,850,950,33-10,23,410,610,23,410,6-Всего на ШНН749220,8780-Потери15,67879,5-Всего на ВН774,8302870-
Данные силового трансформатора
Таблица 2.7
Тип и мощность кВ∙АНоминальное напряжение обмоток, кВ∆Pк, кВт∆Uк∙%ТМ-630ВННН7,6 ; 8,54,5 ; 4,76 ; 100,4
Расчёт и выбор компенсирующего устройства
·Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:
- расчётную мощность КУ;
тип компенсирующего устройства;
напряжение.
·Расчётную мощность КУ можно определить из соотношения
Qк.р = αPм(tgφ- tgφк),
где Qк.р - расчётная мощность КУ, квар;
α - коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается α = 0,9;
tgφ, tgφк - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.
Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφк = 0,92…0,95.
Задавшись cosφк из этого промежутка, определяют tgφк.
Значения Pм, tgφ выбираются по результату расчёта нагрузок из Сводной ведомости нагрузок.
·Задавшись типом КУ, зная Qк.р и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.
Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ) или конденсаторы, предназначенные для этой цели.
·После выбора стандартного КУ определяется фактическое значение cosφф
tgφф = tgφ - Qк.ст/αPм,
где Qк.ст - стандартное значение мощности выбранного КУ, квар.
По tgφф определяют cosφф
cosφф = cos(arctgφф).
Таблица 2.8
Исходные данные
ПараметрcosφtgφPм, кВтQм, кварSм, кв∙АВсего на НН без КУ0,581,39749302780
Определяется расчётная мощность КУ:
Qк.р = αPмtgφк = 0,9∙774,8∙0,33 = 230 квар.
Принимается cosφк = 0,95, тогда tgφк = 0,33
Выбирается конденсаторная установка: 2xУК-0,38-150УЗ.
Определяются фактические значения tgφ и cosφ после компенсации реактивной мощности:
Qм = Qн′ - Q = 270 - 225 = 45 квар.
cosφ = 0,58
tgφк = Qм/Pм = 45/774,8 = 0,05
.3 Расчёт и выбор элементов электроснабжения
.3.1 Выбор аппаратов защиты и распределительных устройств
Расчёт и выбор аппаратов защиты и линий электроснабжения
Токи (в амперах) в линии определяются по формуле:
Iт = Sт/√3∙Vн.т - сразу после трансформатора.
Iт = 630/1,73∙0,4 = 910 А.
Iру = Sм.ру/√3∙Vн.ру - линия к РУ (РП или шинопровод).
Iру = 870/1,73∙0,38 = 1338 А.
Iд = Pд/√3∙Vн.д∙ηд∙cosφд
Pд - мощность ЭД переменного тока, кВт;
Vн.д - номинальное напряжение ЭД, кВ;
ηд - КПД ЭД, отн.ед - 0,8
ШМА 1:
1.Iд = 50/1,73∙0,4∙0,8∙0,5 = 185 А.
2.Iд = 45/1,73∙0,4∙0,8∙0,65 = 128 А.
3.Iд = 10/1,73∙0,4∙0,8∙0,6 = 30 А.
4.Iд = 18/1,73∙0,4∙0,8∙0,8 = 40 А.
ШМА 2:
1.Iд = 40/1,73∙0,4∙0,8∙0,5 = 148 А.
2.Iд = 45/1,73∙0,4∙0,8∙0,65 = 128 А.
3.Iд = 18,4/1,73∙0,4∙0,8∙0,6 = 55 А.
4.Iд = 20/1,73∙0,4∙0,8∙0,8 = 45 А.
5.Iд = 35/1,73∙0,4∙0,8∙0,65 = 100 А.
6.Щит Освещения - ВА51-25 = 25 А.
SF: ВА55-45 - 2000А
Iршма1 = Sшма1/√3∙U = 350/1,73∙0,4 = 505 А.
SF1: ВА51-39 - 630А.
Iршма2 = Sшма2/√3∙U = 430/1,73∙0,4 = 621 А.
SF2: ВА51-39 - 630А.
Таблица 2.9
№PдIдcosφнηнАвтомат ВАIн.аШМА 11501850,50,8ВА 52-352502451280,650,8ВА 52Г-33160310300,60,8ВА 51Г-31100418400,80,8ВА 51Г-31100ШМА 21401480,50,8ВА 52Г-331602451280,650,8ВА 52Г-33160318,4550,60,8ВА 51Г-31100420450,80,8ВА 51Г-311005351000,650,8ВА 51Г-311006ЩОВА 51-2525
Таблица 2.10
n/n№ на планеНаименование ЭОPэн, кВтIд, АIдоп, АМарка и сечения кабеляШМА 111…5Шлифовочные станки250185200АВРГ 3x12026, 16Обдирочные станки типа РТ-34190128140АВРГ 3x7037…15Анодно-механические станки типа МЭ-12903045АВРГ 3x10432Вентилятор вытяжной184045АВРГ 3x10ШМА 2117Кран мостовой40148165АВРГ 3x95218...20Обдирочные станки типа РТ-341135128140АВРГ 3x70324…28, 34…36Анодно-механические станки типа МЭ-31147,25560АВРГ 3x16433Вентилятор приточный204560АВРГ 3x16521…23 29…31Обдирочные станки типа РТ-250210100110АВРГ 3x506ЩО---АВРГ 3x6
.4 Расчёт токов короткого замыкания и проверки элементов в характерной линии электроснабжения
Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соеденение различных точек электроустановки, при которых токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами, между двумя фазами и однофазные КЗ.
Причинами коротких замыканий могут быть: механические повреждения изоляции - проколы и разрушения кабелей при земляных работах; поломка форфоровых изоляторов; падение опор воздушных линий; старение, то есть износ, изоляции, приводящее постепенно к ухудшению электрических свойств изоляции; увлажнение изоляции и другие причины.
Некоторые КЗ являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняются во время бестоковой паузы коммутационного аппарата. Условия неустойчивых КЗ самоликвидируются во время бестоковой паузы.
Последствия коротких замыканий является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающего к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы.
Для уменьшения последствия тока КЗ необходимо как можно быстрее отключить повреждённый участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Все электрические аппараты и токоведущие части должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении токов КЗ.
Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема - упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все источники питания, трансформаторы, воздушные и кабельные линии...
Ток КЗ для выбора токоведущих частей и аппаратов рассчитывается при нормальном режиме работы электроустановки: параллельное включение всех источников, параллельная или раздельная работа трансформаторов и линий, которая зависит от нормального режима работы секционного выключателя на подстанциях. По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ.
Рассчитать токи короткого замыкания (КЗ) - это значит:
по расчётной схеме составить схему замещения, выбрать точки КЗ;
рассчитать сопротивления;
определить в каждой выбранной точке 3-фазные, 2-фазные и 1-фазные токи КЗ, заполнить Сводную ведомость токов КЗ