Расчет и проектирование схему электроснабжения цеха

 

Содержание                         Введение                                                                          Общая  часть Задание  на  проектирование Характеристика  потребителей Выбор  питающего  напряжения Расчетная  часть Расчет  электрических  нагрузок Выбор  числа  и  мощности  трансформатора Выбор  схемы  электроснабжения  цеха Расчет  токов  короткого замыкания Выбор  аппаратов  напряжением  выше  1000В Выбор  низковольтной  аппаратуры Релейная  защита Расчет  защитного  заземления Техника  безопасности           Литература

 

 

Введение

      Развитие  промышленности и сельского хозяйства  неразрывно связано с ростом  затрат электрической энергии.  Ведущая роль отводится электроэнергетике.  На современном этапе эта роль  значительно возрастает.

       Выработка,  передача, распределение, преобразование  и использование электроэнергии  осуществляется с помощью разнообразного  электротехнического оборудования.  Его совершенствование происходит  непрерывно за счет применения  новых конструктивных решений,  материалов и технологии изготовления.

      Важную  роль в решении задач электрификации  и технического вооружения всех  отраслей хозяйства, механизации  и автоматизации производственных  процессов играет электротехническая  промышленность.

      Производство  электроэнергии всеми электростанциями  страны достигает 1000 миллиардов  кВт часов. Основными потребителями  электроэнергии являются промышленные  предприятия, насыщенные электродвигателями  мощностью от нескольких ватт  до сотен и даже тысяч кВт.  Электродвигатели потребляют более  50% всей электроэнергии, производимой  в стране. Значительная часть  электроэнергии затрачивается на  электроснабжение жилых и общественных  зданий , коммунальных, торговых предприятий,  городов и поселков.

         Возникает проблема рационального  распределения электроэнергии. Система  распределения электроэнергии на  промышленных предприятиях должна  обладать высокими техническими  и экономическими показателями  и базироваться на новейших  достижениях современной техники.  Электроснабжение промышленных  предприятий должно основываться  на использовании совершенного  электротехнического оборудования, надежных 

аппаратов, прогрессивных  конструкций, схем питания, на применении автоматизации. Для успешного решения  этих задач нужны квалифицированные  кадры, способные самостоятельно выполнять  расчеты электрических сетей  с напряжением до и выше 1000В, производить  расчеты тока к.з. и проверять  выбранное электрооборудование  на устойчивость к действию тока к.з. выбирать провода и кабели, аппаратуру защиты и т.д.

      Выполнение  курсового проекта способствует  закреплению теоретических знаний  и практических навыков при  решении вопросов цехового электроснабжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая часть

 

                         1.1 Задание на проектирование

     Краткая характеристика  производства и потребителей  ЭЭ.

     Цех обработки корпусных деталей  (ЦОКД) предназначен для механической и антикоррозийной обработки изделий. Он содержит станочное отделение, Гальванический и сварочный участки. Кроме того, имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения.

     Цех получает ЭСН от ГПП на который установлены трансформаторы мощностью 25МВА 110/10 кВ, Sc = ∞, x_c = 0. Расстояние от ГПП до цеховой ТП – 0,8 км, а от  энергосистемы до ГПП – 16 км.

    Низкое напряжение на ГПП – 6 и 10 кВ. Количество рабочих смен – 2.Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН.

Грунт в районе цеха –  суглинок при температуре +5 ^оС. Каркас здания смонтирован из блоков-секций длиной 8 м каждый.

Размеры цеха A × B × H  = 48 × 38 × 8м.

Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.

Перечень ЭО цеха дан в  таблице 1.1

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного  ЭО цеха обработки корпусных деталей  показано на плане.

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

Таблица 1.1 Перечень ЭО инструментального цеха.

№ на плане	Наименование ЭО	Рэп, кВт	Примечание
1…4	Сварочные аппараты	52	ПВ = 60 %
5...9	Гальванические ванны	28
10, 11	Вентиляторы	10
12, 13,33,34	Продольно-фрезерные станки	33
14, 15,35,36	Горизонтально-расточные станки	10,5
16, 24, 25,37,40,41	Агрегатно-расточные станки	14
17, 18,38,39	Плоскошлифовальные станки	12
19…23	Краны консольные поворотные	6,5	ПВ = 25 %
26,42	Токарно-шлифовальные станки	11
27…30,43…46	Радиально-сверлильные станки	5,2
31, 32,47,48	Алмазно-расточные станки	6

1.2. Характеристика  потребителей. Категория

Основными потребителями  электроэнергии являются автоматизированные станки.  По надежности ЭСН  инструментального  цеха относятся ко 2 и 3 категории.

 

1.3. Выбор питающего напряжения

Для питания силовых и осветительных приемников принимаем напряжение 380/220 В. Это напряжение удобно, так как позволяет выносить питание силовой и осветительной нагрузки от одного трансформатора.

 

 

 

 2. Расчетная часть

                                 2.1 Расчет электрических нагрузок

2.1.1. Расчет электрических  нагрузок на ШРА-1 в целом

Мелкие станки:

Общая установленная мощность Р_н∑=282,8кВт

Общее число ЭП n=30

Коэффициент использования  и коэффициент реактивной мощности

К_и=0,12     cosϕ=0,5

tgϕ=1,73

Определяем средние мощности:

Активная мошность

                                         Р_с=К_и·Р_н∑ ;

                                         Р_с=0,12·283,8= 33,9кВт

Реактивная мощность

                                          Q_с= Р_с· tgϕ ;

                                          Q_с=33,9·1,73=58,6квар

Определяем эффективное  число ЭП

                                          n_э=;

                                          n_э=45,12

Коэффициент расчетной нагрузки

К_р=1,27

Расчетная мощность:

Активная

                                           Р_р=К_р·Р_с ;

                                           Р_p=1,27·33,9 =43 кВт

Реактивная 

                                           Q_р= К_и·P_н·tgα;

                                           Q_р= 1,73·282,8·0,12=58,7квар

                                           так как n_э>10

Определяем полную расчетную  мощность на РП-1

                                             S_р=_;

                                             S_р=

Расчетный ток

                                             I_р=_;

                                             I_р==83,07

Расчет нагрузок по ШРА-2 ведем аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.1

 

 

2.1.2. Определение  расчетной нагрузки по цеху

Общая установленная мощность Р_н∑=794,1

Общее число ЭП n=48

Коэффициент использования  и коэффициент реактивной мощности

К_и=0,3  

Определяем средние мощности:

Активная мощность

                                         Р_с∑=231,4 кВт

Реактивная мощность

                                          Q_с∑=288,96 квар

Средний коэффициент использования 

                                           К_и= _;

                                           К_и= =0,3

 

 

Определяем эффективное  число ЭП по упрощенной формуле

                                           n_э= _;

                                           n_э==30

Коэффициент  расчетной  нагрузки

К_р=1

Расчетная мощность:

Активная

                                             Р_р= К_р· Р_с∑;

                                             Р_р=1·65,6=231,4 кВт

Реактивная

                                              Q_р= К_и·P_н·tgα;

                                              Q_р=288,96квар

Определяем полную расчетную  мощность по цеху

                                             S_р∑=_;

                                             S_р∑==370,19кВа

  Расчетный ток                                     

                                             I_р=_;

                                             I_р==560,9 А

2.1.3 Расчет осветительной нагрузки

Площадь цеха равна:

F=38·48=1824 м²

Удельная мощность освещения при использовании люминисцентных ламп:

Р_уд=10 Втм²

Установленная мощность освещения:

Р_но =

Р_но ==18,24 кВт

Коэффициент спроса осветительной  нагрузки:

К_с =0,95

Коэффициент мощности осветительной  нагрузки:

Cos=0,95

Tg=0,33

Средняя активная мощность:

Р_со = Кс·Р_но

Р_со =0,95·18,24=17,32

Средняя реактивная мощность:

Q_со = Р_со·tg

Q_со =17,32·0,33=5,7 квар

Коэффициент потерь ПРА:

К_п =1,2

Расчетная активная мощность:

Р_ро= К_п·Р_со

Р_ро=1,2·17,32=20,7кВт

Таблица 2.1

Исходные данные						Средние мощности		nэ=	Коэф. расч. нагр. Кр	Расчетная мощность			Расчетныйток, А Iр=;
По заданию технологов				Справочные данные		Активная,  Рс,   кВт	Реактивная, Qс, кВт			Активная, Рр=Кр·Рс, кВт	Реактивная, Qр=1,1·Qс при n<10 Qh=Qc При n>10	Полная, кВА Sр=
Наименование    ЭП	Кол- во ЭП, шт.	Ном.установ. мощность		Коэф использования Ки	Коэф. реактивной мощности
		Одного       ЭП, кВт	Общая Рн∑,кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ШРА-1
Продольно-фрезерные станки	2	33	66	0,12	0,5/1,73	7,9	13,6
Горизонтально-расточные станки	2	10,5	21	0,12	0,5/1,73	2,5	4,3
Агрегатно-расточные станки	1	14	14	0,12	0,5/1,73	1,6	2,7
Плоскошлифовальные станки	2	12	24	0,12	0,5/1,73	2,8	4,8
Краны консольные поворотные	5	6,5	32,5	0,6	0,5/1,73	1,9	3,3
Итого	12	6,5/33	157,5	0,1		16,7	28,7	9	2,27	35,5	27,2	44,7	74,5
РП-1
Сварочные аппараты	4	52	208	0,35	0,5/1,73	72,8	125,9	8	1,15	83,72	125,9	151,1	232,4
ШРА-2
Продольно-фрезерные станки	2	33	66	0,12	0,5/1,73	7,9	13,6
Горизонтально-расточные станки	2	10,5	21	0,12	0,5/1,73	2,5	4,3
Агрегатно-расточные станки	5	14	70	0,12	0,5/1,73	8,4	14,5
Плоскошлифовальные станки	2	12	24	0,12	0,5/1,73	2,8	4,8
Токарно-шлифовальные станки	2	11	22	0,12	0,5/1,73	2,6	4,4
Радиально-сверильные станки	8	5,2	41,6	0,12	0,5/1,73	4,9	8,4
Алмазно-расточные станки	4	6	24	0,12	0,5/1,73	2,8	4,8
Итого	25	5,2/33	268,6	0,1		31,9	54,8	13	1,85	49,6	46,4	67,9	104,4
РП-2
Гальванические ванны	5	28	140	0,7	0,7/0,72	98	70,56
Вентиляторы	2	10	20	0,6	0,8/0,75	12	9
Итого	7	10/28	160	0,68		110	79,56	11	1	108,8	76,16	132,8	204,2
Итого по цеху	48	5,2/52	794,1	0,3		231,4	288,96	30	1	231,4	288,96	370,19	560,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            2.2 Выбор числа и мощности трансформаторов

     Таблица 2.2  Паспортные данные  трансформаторов

Тип трансформатора	Sн.тр , кВА	Рх , кВт	Рк , кВт	Iх.х , %	Uк , %	Стоимость трансформаторов, тыс.руб
ТМ-250	250	0,96	4,2	2,3	6,8	147
ТМ-400	400	1,08	5,9	3	4,5	187

 

Намечаем Варианты мощности.

I – 2 × 250

II – 2 × 400

S_расч = 370,19 кВА

S_тр = 364,7/ 1,4 кВА

Где S_тр – расчетная мощность трансформатора, кВА

      S_расч – расчетная мощность, кВА

 

                                                 I вариант

Годовые потери электроэнергии в трансформаторе

                     ∆Э₁=(Р_х+К_ппS_н.тр·)·Т_вкл+К_з²(Р_к+К_ппS_н.тр·τ,

∆Э₁=(0,96+0,1·)·8760+0,54·(4,2+0,1· _·4500 =

=13446,6+14310=27756,6 ^кВт·ч/_год

где  Р_х – потери холостого хода, кВт;

        Р_к – потери короткого замыкания, кВт;

        I_х.х – ток холостого хода, %;

        U_к – напряжение короткого замыкания, %;

        К_пп – коэффициент повышения потерь активной мощности от передачи

реактивной мощности. Принимаем  К_пп=0,1

        Т_вкл – полное время включения трансформатора в сеть, час;

        Τ  – время максимальных потерь, час.

 

К_з²=0,54

Т_вкл=8760час

Τ=4500час

                    

Стоимость потерь энергии:

                                                С_п=С_о·∆Э_а 

                           С_п=2·55513 = 111026 = 111.026 т.р.

Капитальные затраты:

                                                К=2·К₁

                                                К = 2·147=294 т.р.

Амортизационные отчисления:

                                                С_а=К_а·К

                                                С_а=0,03·374 = 11.22т.р.

Ежегодные эксплуатационные потери:

                                                 С=С_п+С_а

                                                 С=111.026+11,22=122.246т.р.