Электроснабжение электромеханического цеха

ФГБОУ ВПО «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЁВА»

Институт механики и энергетики

Кафедра электрификации и автоматизации производства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий»

на тему «Электроснабжение электромеханического цеха»

Саранск

Исходные данные для курсового проекта

Электромеханический цех является вспомогательным и выполняет заказы основных цехов предприятия. Он предназначен для выполнения различных операций по обслуживанию, ремонту электротермического и станочного оборудования. Для этой цели в цехе предусмотрены: станочное отделение, сварочный участок, компрессорная, производственные, служебные и бытовые помещения.

Цех получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП). ТП находится на расстоянии 1,5 км от ГПП предприятия, напряжение- 6 или 10 кВ.От энергосистемы до ГПП - 12 км. Количество рабочих смен - 2. Потребители электроэнергии относятся по надежности и бесперебойности электроснабжения к 2 и 3 категории. Грунт в районе цеха - супесь с температурой 0°С, окружающая среда не агрессивная. Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 8 и 6 м каждый. Размеры цеха А´В´Н=48´30´7 м. Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,2 м. Перечень электрооборудования цеха дан в таблице Г.4. Мощность электропотребления указана для одного электроприемника. Расположение основного электрооборудования на плане показано на рисунке Г.4.

Таблица Г.4 - Перечень электромеханического цеха

Реферат

Пояснительная записка содержит 27 листов машинописного текста, 5рисунков, 5 таблиц.

Графическая часть включает в себя 2 листа формата А1.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, НАГРУЗКА, МОЩНОСТЬ, ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ, КОМПЕНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, АППАРАТ ЗАЩИТЫ, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ШИНОПРОВОД, ПОТРЕБИТЕЛЬ, УДАРНЫЙ ТОК.

В данном проекте рассчитываются нагрузки цеха, по которым выбирается трансформатор цеховой подстанции. По рассчитанным нагрузкам рассчитывается компенсирующее устройство.

Во второй части курсового проекта рассчитываются внутрицеховые электрические сети и выбирается аппаратура защиты.

В третьей части курсового проекта рассчитывается ток короткого замыкания, выполняется проверка линии СЭС на потерю напряжения.

Содержание

Введение

. Расчет электрических нагрузок

.1 Классификация помещений

.2 Метод упорядоченных диаграмм

.3 Определение электрических нагрузок цеха

.4 Расчет и выбор компенсирующего устройства

. Расчет элементов системы электроснабжения

.1 Расчет внутрицеховых электрических сетей

.2 Выбор аппаратов защиты

. Расчет тока короткого замыкания

.1 Расчет тока короткого замыкания

.2 Проверка элементов цеховой сети

Заключение

Список использованных источников

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.

Система электроснабжения предприятия является подсистемой технологической системы производства данного предприятия, которая предъявляет определенные требования к электроснабжению.

Перерывы в электроснабжении могут привести к значительным ущербам для народного хозяйства, а в некоторых случаях к авариям, связанным с человеческими жертвами и выходом из строя дорогостоящего оборудования.

Опыт строительства и освоения новых предприятий, показал, что не только планировка, но и конструкция зданий должна удовлетворять условиям гибкости технологического процесса; требуется, чтобы здания и подсобные помещения позволяли расширить производство без его перерыва, а переход от освоения одного изделия к освоению нового не требовал капитального переустройства. Требования гибкости предъявляются к строительной части предприятий, к технологическому и вспомогательному оборудованию, к системам электроснабжения, водоснабжения и т.д.

Для создания надлежащей СЭС предприятия требуется тщательная совместная работа проектировщиков-технологов, электриков и строителей. Тщательное изучение условий производства позволяет при проектировании избежать перерасхода дефицитных электрооборудования и электроматериалов, а также обеспечить надежное экономичное электроснабжение, отвечающее условиям данного производства.

Основные задачи, решаемые при исследовании, 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 путем правильного построения схемы электроснабжения.

электрический сеть ток замыкание

1. Расчет электрических нагрузок

.1 Классификация помещений

Таблица 1.1 - Классификация помещений по взрыво-, пожаро- и электробезопасности.

В цехе установлены электроприемники 2 и 3 категории надежности. Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй 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.

Поэтому выбирается соответствующий вариант схемы электроснабжения с распределительными пунктами (рис.1.1).

Рисунок 1.1 - Цеховая радиальная схема электроснабжения с распределительными пунктами для электроприемников второй категории надежности.

1.2 Метод упорядоченных диаграмм

Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Р_м, Q_м, S_м) расчетных нагрузок группы электроприемников.

; (1.2.1)

; (1.2.2)

.(1.2.3)

где Р_м - максимальная активная нагрузка, кВт;

Q_м - максимальная реактивная нагрузка, квар;

S_м - максимальная полная нагрузка, кВ×А;

К_м - коэффициент максимума активной нагрузки;

К_м` - коэффициент максимума реактивной нагрузки;

Р_см - средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

Q_см - средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт,квар.

; (1.2.4)

.(1.2.5)

где К_и - коэффициент использования электроприемников;

Р_н- номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

tgj - коэффициент реактивной мощности;

К_м=F(К_и, n_э) определяется по таблицам (графикам), а при их отсутствии может быть вычислен по формуле

,(1.2.6)

где n_э - эффективное число электроприемников;

К_и.ср. - средник коэффициент использования группы электроприемников,

,(1.2.7)

где Р_см.S, Р_н.S - суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт;

n_э=F(n, m, К_и.ср., Р_н) может быть определено по упрощенным вариантам (таблица 1.5.2),

n - фактическое число электроприемников в группе;

m - показатель силовой сборки в группе,

,(1.2.8)

где Р_н.нб, Р_н.нм - номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.

В соответствии с практикой проектирования принимается К_м`=1,1 при n<sub>э</sub>£10; К<sub>м</sub>`=1 при n_э>10.

Таблица 1.2 - Сводная ведомость нагрузок по цеху.

1.3 Определение электрических нагрузок цеха

Определяется номинальная мощность электроприемников, приведенная к длительному режиму работы. Данные расчетов заносятся в колонку 2 таблицы 2. Суммарная номинальная мощность, приведенная к длительному режиму и к условной мощности, записывается в колонку 4.

К РП6 подключены: поперечно-строгальные станки - 3 ед., вертикально-сверлильные станки - 3 ед., токарно-револьверные станки -8 ед..

Для третьейгруппы электроприемников (токарно-револьверных станков) из табл.1.5.1 [4] выбираем: 0,17, tgj=1,17, соsj=0,65.

Суммарная номинальная мощность группы электроприемников

 (1.3.1)

где Р_n - номинальная мощность одного электроприемника;

количество электроприемников данного типа.

P_nS=100кВт.

Определяется эффективное число электроприемников (с пом.табл.1.5.2 [4])

n_э- не определяется, т.к..

Средняя активная нагрузка за смену

P_см=К_иР_нS, (1.3.2)

P_см=

Средняя реактивная нагрузка за смену (1.2.5)

, (1.3.3)

Т.к.  не определяется, то где  в автоматическом режиме.

Активная максимальная расчетная мощность группы электроприемников с различными режимами работы (1.2.1)

, (1.3.4)

P_м=17 кВт

Реактивная максимальная расчетная мощность группы электроприемников с различными режимами работы (1.2.2).

 (1.3.5)

Q_м=1∙19,9=19,9 квар

Общая максимальная расчетная мощность группы электроприемниковс различными режимами работы (1.2.3)

кВА

Ток на РУ определяется:

.(1.3.6)

А

Аналогично рассчитываются остальные группы электрооборудования. Результаты расчета заносятся в табл.2.

Мостовой кранс ПВ=40%

Пересчитываем мощность на ПВ=40%

(1.3.7)

где паспортная мощность мостового крана;

ПВ - паспортная продолжительность включения,

кВт

Остальные значения рассчитываются аналогично 3-группе (на РП6). Результаты расчета заносим в табл.2.

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности.

S_т³S_р=0,7∙S_м(ВН)=0,7∙490=343,3кВ∙А

Выбираем трансформатор цеховой подстанции [5] ТМ 400/10/0,4 мощностью 400 кВА,10кВ,0,4кВ.

R_т=5,6 мОм,

X_т=14,9 мОм,

Z_т=15,9 мОм,

Z_т⁽¹⁾=195мОм,

DР_хх=0,950кВт

DР_кз=5,5кВт

u_кз=4,5%

i_хх=2,1%

.4 Расчет и выбор компенсирующего устройства

Принимается cosj_к=0,92, тогда tgj_к=0,42.

,

.

Таблица 1.3 - Сводная ведомость нагрузок.

Расчетная мощность КУ:

Q_кр=a∙Р_м∙(tgj-tgj_к),(1.4.1)

где a - коэффициент, учитывающий повышение cosj естественным способом.

Q_кр=0,9∙343∙(1,31-0,42)=274,7квар

Выбираем компенсирующее устройство УКМ-0,4-250.

Определяем фактические значения tgj_к и cosj_к после компенсации реактивной мощности.

,(1.4.2)

cosj_k=0,9.

Выберем точку подключения КУ к шинопроводу.

Рисунок 1.2 - Расчетная схема.

Очевидно, что КУ необходимо установить на ШРА2.

Проверим выполнение условия

(1.4.3)

в точках подключения нагрузок.

Точка 1: 182,5³³27,5 -выполняется;

Точка 3: 121,6³³100,83 - не выполняется;

Точка 4: 100,83³³80,2 - не выполняется;

Точка 5: 80,2³³79,5 - не выполняется.

Значит, подключаем КУ мощностью 250 кВАр в точке 1.

2. Расчет элементов системы электроснабжения

2.1 Расчет внутрицеховых электрических сетей

Выбираем провод для наружной ВЛ.

. (2.2.1)

 A.

Наружная ВЛ - Одножильный провод СИП 3-1х35.

Выбираем шинопроводы.

ШРА1 - ШРА 250-32 УЗ, сечение 35х5 мм,

ШРА2 - ШРА 4 100-44 УЗ, сечение 3,55х11,2 мм,

ШРА3 - ШРА 4 100-44 УЗ, сечение 3,55х11,2 мм.

Зная токи в кабелях, по каталогу [1] выбираем кабели.

Таблица 2.1 - Выбор кабелей.

2.2 Выбор аппаратов защиты

Выбираем аппараты защиты для каждого вида электроприемников.

Таблица 2.2 - Выбор автоматических выключателей.

Для защиты распределительного шинопровода ШМА 4-1250-44 1УЗ выбираем выключатель ВА 88-40-800 с номинальным током выключателя 800А и током отключения8 кА.

3. Расчет тока короткого замыкания

3.1 Расчет тока короткого замыкания

Рисунок 3.1 - Схема к расчету токов КЗ в сети напряжением 0,4кВ

Рисунок 3.2 - Схема замещения

Определим сопротивление системы:

Посчитаем удельное сопротивлениепровода СИП-3 сечением 240 мм²:

,(3.1.1)

где g - удельная проводимость;

S - сечение, мм. S=240 мм²

Для алюминия g=30м/Оммм²

Ом/км

_c`=r₀∙L_c∙L=0,14∙1,5∙1,6=0,336 мОм

Для трансформатора (выбираем по табл. 1.9.1 [4]):

R_т=5,6 мОм;

Х_т=14,9 мОм;

Z_т=15,9 мОм;

Z_т⁽¹⁾=195 мОм.

Для автоматического выключателя 1SF ВА 88-40-800 (выбираем по табл. 1.9.3 [4]:

R_а=0,1 мОм; Х_а=0,1 мОм; R_n=0,15 мОм

Для ШРА1(выбираем по табл. 1.9.7 [4]):

r₀=0,034 мОм/м; x₀=0,016 мОм/м;

r_0n=0,068 мОм/м; x_0n=0,053 мОм/м

_ш=r₀∙L_ш=0,85мОм

Х_ш=х₀∙L_ш= 0,4 мОм

Длину участка шины ШРА1 от трансформаторной подстанции до точки подключения к ней ШРА2L_ш определяем по схеме.

Для ШРА2(выбираем по табл. 1.9.7 [4]):

r₀=0,034 мОм/м; x₀=0,016 мОм/м;

r_0n=0,068 мОм/м; x_0n=0,053 мОм/м

_ш=r₀∙L_ш=0,034∙32,6= 1,1 мОм

Х_ш=х₀∙L_ш=0,016∙32,6= 0,52 мОм

Длину шины ШРА2L_ш определяем по схеме.

Для кабеля АВВГ 4х25 (выбираем по табл.1.9.5 [4]):

r₀=1,25мОм/м;x₀=0,091 мОм/м;

_к1= r₀∙L_к1=1,25∙6= 7,5мОм

Х_к1= х₀∙L_к1=0,091∙6= 0,55мОм

Длину кабеля АВВГ 4х25 определяем по схеме.

Для автоматического выключателя 3SFВА 88-40-400 (выбираем по табл. 1.9.3 [4]):

R_а=0,15 мОм; Х_а=0,17 мОм; R_n=0,4 мОм

Для автоматического выключателя SF14ВА47-100 (выбираем по табл. 1.9.3 [4]):

R_а=1,3 мОм; Х_а=1,2 мОм; R_n=0,75 мОм.

Для кабеля АВВГ 4х6 (выбираем по табл.1.9.5 [4]):

r₀=3,12мОм/м;x₀=0,099 мОм/м;

_к2= r₀∙L_к2=3,12∙15= 46,8мОм

Х_к2= х₀∙L_к2=0,099∙15= 1,49мОм

Длину кабеля АВВГ 4х6 определяем по схеме.

Вычислим эквивалентные сопротивления на участках.

_э=R_с+R_т+R_1SF+R_ш1+R_ш2+R_к1+R_3SF+R_SF14+R_к2;(3.1.2)

Х_э=Х_т+Х_ш1+Х_ш2+X_к1+X_к2;(3.1.3)

_э=0,036+5,6+0,1+0,85+1,1+7,5+0,15+1,3+46,8=63,4 мОм;

Х_э=14,9+0,4+0,52+0,55+1,49=17,86 мОм.

Найдем отношение:

По диаграмме (рис.1.9.1 [4]) находим ударный коэффициент:

К_у=1.

Тогда коэффициент действующего значения ударного тока будет равен:

;(3.1.5)

.

Определяем 3-х фазный ток короткого замыкания.

;(3.1.6)

.

Ударный ток

i_у=∙I_кз;(3.1.7)

-полное сопротивление петли «фаза-нуль» до точки КЗ, Ом; (3.1.8)

3.2 Проверка элементов цеховой сети

Проверим аппарат защиты 1SFВА 88-37-315 на надежность срабатывания при КЗ согласно условию:

I_кз³3∙I_н.р. (3.2.1)

,37%³10% - условие выполняется. Значит, автомат отключается не разрушаясь.

Выполним проверку линии электроснабжения по потере напряжения.

Для этого составляется расчетная схема потерь напряжения, линия разбивается на участки, находятся потери напряжения на каждом участке и проверяется выполнение условия: DU£10% от U_н.

Рисунок 3.3 - Расчетная схема потерь напряжения.

Так как токи участков известны, то найдем DU:

(3.2.2)

cosj_k=0,92; sinj_k=0,39.

DU=SDU_i=4,23%£ 10%,

условие проверки линии электроснабжения по потере напряжения выполняется, значит линия ЭСН пригодна на всех режимах работы.

Заключение

В ходе проектирования электроснабжения электромеханического цеха были изучены основные методы расчета системы электроснабжения промышленного предприятия и получены следующие результаты:

По расчетным данным выбраны трансформатор цеховой подстанции ТМ-400-10/0,4, схема внутрицеховых сетей, распределительные шинопроводы ШРА 4-400-32-УЗ и ШРА 4-250-32-УЗ, аппараты защиты потребителей, компенсатор реактивной мощности УК-0,38-250, а также проверена устойчивость системы к действию токов короткого замыкания.

Схема электроснабжения цеха, предложенная в курсовомпроекте, выполнена в соответствии с ПУЭ, СНиП и другой нормативной документацией. Система электроснабжения выполнена так, чтобы в нормальном режиме все элементы системы находились под нагрузкой с максимально возможным использованием их нагрузочной способности.

Список использованных источников

1.   Электроснабжение промышленных предприятий: учеб. пособие для вузов / В.А. Агеев, В.О. Дронов. - Саранск: Рузаевский печатник, 2013. - 67 с.

2.   Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Высшая школа, 1986.

3.   Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. - Новосибирск: Сиб.унив.изд-во, 2010. - 464 с., ил.

4.   Завод Сарансккабель. Номенклатурный справочник выпускаемой продукции. 2009. - 60 с.

5.   Шеховцов В.П. Справочник-пособие по электрооборудованию и электроснабжению. - Обнинск: фабрика офсетной печати, 1994.