Электрификация технологического оборудования цеха и разработка системы освещения
Введение
В настоящем дипломном проекте решается комплексная задача по
проектированию системы электроснабжения цеха №9 инструментального завода.
Исходными данными при проектировании системы электроснабжения цеха явился
перечень силового электрооборудования с известной мощностью, а также
генеральный план цеха.
Разработка системы электроснабжения цеха является сложной задачей и
требует от проектировщика не только специальных технических знаний, но также
знакомства с технологией производства и особенностями производственного
процесса.
Задачей проектирования является полная электрификация технологического
оборудования цеха и разработка системы освещения.
В целом задача не может сводиться лишь к подбору типовых решений, а
сплошь и рядом требует создания опытных установок с их анализом и оценкой, т.
е. принимает часто исследовательский характер.
Полноценная разработка проекта системы электроснабжения цеха №9
инструментального завода возможно лишь при условии тесного контакта
проектировщиков с технологами и строителями на всех стадиях выполнения
проектных работ.
1. Выбор схемы электроснабжения и расчет её элементов
.1 Расчет силовой электрической нагрузки по элементам схемы
Электрические нагрузки систем электроснабжения определяют для выбора
числа и мощности силовых трансформаторов, мощность и место подключения
компенсирующих устройств (КУ), выбора и проверки токоведущих элементов по
условию допустимого нагрева, расчета потерь и колебаний напряжения и выбора
защиты.
Определение расчетных (максимальных) электрических нагрузок производится
в два этапа. На первом этапе определяется нагрузка отдельных электроприемников
(ЭП), отдельных производственных участков, а также всего предприятия в целом.
Результаты первого этапа расчета электрических нагрузок используется как исходные
данные для выбора числа и мощности силовых трансформаторов с одновременным
определением мощности и мест подключения КУ. На втором этапе рассчитывается
электрическая нагрузка всех элементов сети СЭС с учетом мощности и места
подключения КУ в СЭС.
Рассмотрим пример расчета для вертикально сверлильного станка с исходными
данными Рн=2,9 кВт, Ки=0,16, cosφ=0,5, Uн=380 В.
Расчет установленной мощности Ру, кВт, вычисляется по формуле:
кВт
где
n - количество электроприемников;
Рн
- номинальная мощность электроприёмника, кВт.
Примечание:
Для однофазных электроприемников.
Uф=380 В:
.
Uф=220 В:
.
Для
электроприемников имеющих продолжительность включения:
.
Среднесменная
активная мощность Рсм, кВт, вычисляется по формуле:
кВт
где
Ки - коэффициент использования.
Среднесменная
реактивная мощность Qсм, квар, вычисляется по формуле:
квар
Эффективное
число электроприемников для Ки<0,6 nэ, шт, вычисляется по формуле:
шт.
Эффективное
число по группе с Ки<0,6
Принимаем
ближайшее целое число nэ=127 шт.
Для
группы электроприемников с Ки>0,6, коэффициент максимума принимаем Км=1.
Максимальная
активная мощность по группе Ки<0,6 Рм, кВт, вычисляется по формуле:
кВт
где
Км - коэффициент максимума:
для
группы с Ки<0,6, коэффициент максимума равен Км=1,13;
для
группы с Ки>0,6, коэффициент максимума равен Км=1.
Максимальная
реактивная мощность по группе Ки<0,6 Qм, квар,
вычисляется по формуле:
квар
Полная
мощность по группе Ки<0,6 S<0,6, кВА, вычисляется по формуле:
кВАПолная мощность по цеху без учета освещения Sн, кВА, вычисляется по формуле:
Ток
по группе Ки<0,6 I<0,6, А, вычисляется по формуле:
А
Ток
по цеху I, А, вычисляется по формуле:
где
Ii - ток одной группы.
Остальные
расчеты аналогичны и сводятся в таблицу 1.1
2.
Расчет осветительной электрической нагрузки
.1
Проектирование осветительной установки рабочего освещения
Выбор
источника света.
К
числу источников света массового применения, выпускаемой нашей промышленностью,
относятся лампа накаливания, люминесцентные лампы и лампы ДРЛ.
Что
касается ламп ДРЛ, то, несмотря на высокую световую отдачу и большой срок
службы эти источники света не могут обеспечить удовлетворительной цветопередачи
и поэтому могут быть рекомендованы для освещения лишь таких производственных
помещений, в которых отсутствуют требования к правильной цветопередаче.
К
таким помещениям относятся ряд цехов металлургической и машиностроительной
промышленности, в особенности большой высоты, в которых возникают трудности при
обслуживании светильников. В подобных случаях применение светильников с
лампами, обладающими большим единичным световым потоком и большим сроком
службы, весьма целесообразно, так как существенно снижает расходы на
эксплуатацию осветительной установки.
В
соответствии с генпланом объекта (цеха № 9 инструментального завода), учитывая
специфику технологического оборудования, в качестве источника света для
рабочего освещения применяются лампы ДРЛ.
В
общем случае, при решении вопроса о выборе источника света для освещения
производственных помещений необходимо анализировать преимущества и недостатки
ЛН и ЛЛ и уже далее делать вывод о необходимости и целесообразности применения
тех или иных ламп.
2.2
Выбор системы освещения
В
практике проектирования осветительных установок промышленных зданий
используются две отличительные друг от друга системы освещения.
Первая
система - система общего освещения - предназначена не только для освещения
рабочих поверхностей, но и всего помещения в целом, в связи с чем светильники
общего освещения обычно размещаются под потолком помещения на достаточно
большом расстоянии от рабочих поверхностей.
В
системе общего освещения принято различать два способа размещения светильников:
равномерное и локализованное. В системе общего равномерного освещения
расстояние между светильниками в каждом ряду и расстояния между рядами
выдерживаются неизменными. В системе общего локализованного освещения положение
каждого светильника определяется соображениями выбора наивыгоднейшего
направления светового потока и устранения теней на освещаемом рабочем месте, т.
е. целиком зависит от расположения оборудования.
Равномерное
расположение светильников общего освещения применяется обычно в тех случаях,
когда желательно обеспечить одинаковые условия освещения по всей площади
помещения в целом. При необходимости дополнительного подсвета отдельных
участков освещаемого помещения, если эти участки достаточно велики по площади
или если по условиям работы невозможно устройство местного освещения, прибегают
к локализованному размещению светильников.
Вторая
система - система комбинированного освещения - включает в себя как светильники,
расположенные непосредственно у рабочего места и предназначенные для освещения
только лишь рабочей поверхности (местное освещение), так и светильники общего
освещения, предназначенные для выравнивания распределения яркости в поле зрения
и создания необходимой освещенности по проходам помещения. Система
комбинированного освещения обычно характеризуется повышенными первоначальными
затратами на оборудование по сравнению с системой общего освещения.
С
точки зрения удобства эксплуатации система комбинированного освещения имеет
преимущества по сравнению с системой общего освещения. Действительно, так как
светильники местного освещения расположены непосредственно у рабочих мест, то
значительно упрощаются их чистка, смена перегоревших ламп, а также
систематический надзор и текущий ремонт осветительной установки. Местное
освещение на рабочих местах, на которых в данный момент работа не производится,
может быть выключено, что обеспечивает большую гибкость в эксплуатации
освещения, исключая непроизводительный расход электроэнергии.
Проведенный
анализ преимуществ и недостатков систем освещения позволяет рекомендовать
систему комбинированного освещения в первую очередь в следующих случаях:
)
в производственных помещениях, в которых выполняются точные зрительные работы,
относящиеся к разрядам I, II, III, IV по СНиП [6], за исключением тех случаев, когда
устройство местного освещения невозможно по технологическим или конструктивным
соображениям;
)
в производственных помещениях с оборудованием, создающим глубокие и резкие тени
на рабочей поверхности в условиях общего освещения (прессы, штампы), а также на
рабочих местах, требующих изменения направления света в процессе работы;
)
в производственных помещениях с оборудованием, рабочие поверхности которого
расположены вертикально или наклонно и нуждаются в сравнительно высоких уровнях
освещенности.
В
свою очередь система общего освещения при равномерном размещении светильников
может быть рекомендована:
)
в производственных помещениях при высокой плотности расположения оборудования,
если это оборудование не создает теней на рабочих поверхностях и не требует
изменений направления света;
)
в производственных помещениях, в которых по всей площади выполняются однотипные
работы (крупно сборочные цеха);
)
в производственных помещениях, в которых работа не требует большого и длительного
напряжения зрения (разряд V по СНиП [6]), а также во вспомогательных, складских и
проходных помещениях.
К
локализованному размещению светильников общего освещения целесообразно
прибегать в следующих случаях:
)
в производственных помещениях при расположении рабочих мест группами,
сосредоточенными на отдельных участках;
)
в производственных помещениях, в которых на отдельных участках выполняются
работы различной точности, требующие разных уровней освещенности;
)
в производственных помещениях с большими по площади рабочими поверхностями,
требующими высокой освещенности (разметочные плиты, закройные столы), или
громоздким оборудованием, создающим тени, на которых невозможно устройство
местного освещения.
В
большинстве случаев применение общего локализованного освещения, выполненного
лампами накаливания, может быть рекомендовано для работ, относящихся по СНиП к
разрядам IV и ниже, а выполненного люминесцентными лампами - не
выше III разряда.
2.3
Выбор освещенности и коэффициента запаса
Выбор
освещенности по СНиП [6] осуществляется в зависимости от размера объекта
различения, контраста объекта с фоном и коэффициента отражения фона (рабочей
поверхности).
Для
того чтобы установить в каждом конкретном случае все перечисленные параметры,
определяющие уровень нормированной освещенности на рабочей поверхности,
необходимы детальное знакомство с технологией производства и выявление
особенностей зрительной задачи на данном рабочем месте.
При выборе разряда норм по СНиП возникает задача выявить размер объекта
различения, а при выборе подразряда установить контраст объекта с фоном и
коэффициент отражения рабочей поверхности.
При определении уровня освещенности для данного вида работ следует
учитывать тип источника света и систему освещения, принятые в рассматриваемой
осветительной установке. Эти два фактора оказывают существенное влияние на
выбор уровня нормированной освещенности.
В соответствие с разделами 1, 2, с учетом табл. 12.23 [5] и табл. 1 [6]
принимается освещенность 400 Лк.
При проектировании осветительной установки и, в частности, при расчете
установленной мощности следует иметь в виду, что в процессе эксплуатации
осветительной установки освещенность на рабочих местах уменьшается. Основными
причинами, ведущими к снижению освещенности в процессе эксплуатации осветительной
установки, являются: уменьшение светового потока источников света в процессе
горения, снижение к. п. д. светильников в результате загрязнения ламп и
осветительной арматуры, загрязнение стен и потолка освещаемого помещения.
Следовательно, при расчете мощности источника света, которая должна
гарантировать нормированное значение освещенности на рабочих местах в течение
всего времени эксплуатации осветительной установки, необходимо вводить к
нормированной освещенности какой-то коэффициент, учитывающий ее снижение в
процессе эксплуатации осветительной установки, т. е. больший единицы.
Такой коэффициент, называемый коэффициентом запаса, регламентирован СНиП
в зависимости от степени загрязнения (запыления) освещаемого помещения и типа
источника света. Значения коэффициента запаса приведены в табл. 3 [6].
Для заданного производства условия среды пыльные и согласно требованиям
ГОСТ к воздуху рабочей зоны предельно допустимая концентрация пыли для
инструментальных цехов составляет 1 мг/м3. Фактическая запыленность многих
производственных участков отрасли близка к этому Уровню. В соответствии с этим
предварительно выбранный коэффициент запаса составляет 1,5. Окончательный выбор
коэффициента запаса осуществляется с учетом эксплуатационной группы светильника
( приложение Г, табл.3 [6] ).
.4 Выбор типа светильника
Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании осветительной
установки, от которого зависит не только ее экономичность, но и надежность
действия, является выбор типа светильника.
Неправильный выбор светильника ведет за собой увеличение установленной
мощности, а как следствие этого - увеличение расходов на эксплуатацию
осветительной установки.
Несоответствие конструктивного исполнения светильника условиям окружающей
среды понижает надежность и долговечность действия осветительной установки, а в
ряде случаев может явиться источником пожара или взрыва.
Выбор светильника должен определяться следующими основными условиями:
) характером окружающей среды;
) требованиями к светораспределению и ограничению слепящего действия.
Согласно таблице 12,20 [5] для инструментальных цехов выбираем тип
светильников ЛСП13.
Светораспределение светильника является основной характеристикой,
определяющей светотехническую эффективность применения светильника в заданных
условиях.
Для освещения помещений, стены и потолок которых имеют невысокие
отражающие свойства, например производственных помещений с большим процентом
остекления стен и с форменными перекрытиями на потолке, целесообразно
применение светильников типа У, Гэ, Гс, Гк.
В таких условиях светильники прямого света, излучая световой поток вниз,
на рабочие поверхности, гарантируют минимальные потери и максимальное
использование светового потока источников света. При этом чем выше освещаемое
помещение и больше нормированная освещенность, тем более концентрированным
светораспределением должен обладать светильник; так, например, при высоте
помещения 8 м и более становится целесообразным использование зеркальных
светильников (Гс, Гк) или зеркальных ламп.
Для выбранного типа светильника ЛСП13 определяется его эксплуатационная
группа по табл. 5.11 [5]. Эксплуатационная группа светильника ЛСП13 - третья.
Тогда окончательно коэффициент запаса будет равен 1,5.
.5 Расчет осветительной установки
Задачей светотехнического расчета осветительной установки может являться
либо определение числа и мощности источников света, обеспечивающих
нормированную (с учетом коэффициента запаса) освещенность, либо определение
фактической освещенности, создаваемой запроектированной осветительной установкой.
С учетом того, что проектирование осветительной установки ведется применительно
к конкретному объекту (в данном случае инструментального цеха) с нормированной
по СниП освещенностью рабочих мест, то задача светотехнического расчета
сводится к выбору числа и мощности источников света.
Существует несколько методов расчета осветительных установок:
. Расчет освещения по методу коэффициента использования;
. Расчет освещения по методу удельной мощности;
. Расчет освещения по точечному методу.
В данном случае наиболее целесообразно воспользоваться методом удельной
мощности для расчета осветительной установки, так как уже заранее известен
(определен) уровень нормированной освещенности Е и известны геометрические
параметры рассчитываемого помещения. Суть этого метода заключается в том, что
по таблицам удельной мощности для конкретного типа светильника и известных
размеров помещения находится значение удельной мощности ω.
Единичная мощность лампы Р, Вт, вычисляется по формуле:
где
ω
- удельная мощность определяется по
таблице 12.23 [5], ;
S - площадь
помещения, м2;
N - число ламп,
шт.
Таблицы
удельной мощности, составленные Ю. Б. Айзенбергом на основе дифференцированного
учета факторов, влияющих на величину со для отдельного помещения и принятые в
проектной практике для непосредственного определения мощности ламп общего
равномерного освещения на всех стадиях проектирования существенно упрощают
расчет осветительных установок. Таблицы составлены для среднего значения
отношения длины помещения к его ширине и пригодны при не более 2,5. Ими можно пользоваться и для более
удлиненных помещений, но в этом случае значение ω следует выбирать по условной площади 2,5В2, распространяя
его на всю площадь помещений.
.6
Расчет осветительной установки методом удельной мощности
Размер
цеха по генеральному плану составляет:
Длина
А = 78 м
Ширина
В = 72 м
Площадь
цеха м2
Целесообразно
разбить цех на модули:
Длиной
А = 24 м
Шириной
В = 6 м
Площадь
модуля м2
Число
модулей по цеху инструментальному составляет 39 штук.
Количество
светильников в модуле N = 6 шт.
Тип
светильника: ЛСП13
Высота
подвеса светильника: h = 8 м
Нормированная
освещенность Е = 400 Лк
По
заданным условиям по таблице 12.23 [5] находится ω = 29,1 при Е = 400 Лк.
Мощность
одной лампы будет:
Вт
Выбирается
ближайшая стандартная лампа мощностью 700 Вт (ДРЛ - 700).
Общая
активная мощность ламп по цеху , кВт,
вычисляется по формуле:
где
n - количество модулей в цехе, шт.
Общая
реактивная мощность ламп по цеху Q, квар, вычисляется по формуле:
квар
где
tgφ = 1,333 при коэффициенте мощности cosφ = 0,6.
Результаты
расчетов активной и реактивной мощности осветительной установки сведены в
таблицу 1.1.
.7