ВВЕДЕНИЕ

Целью раздела «Электроснабжение и электрооборудование промышленного предприятия» выпускной квалификационной работы является систематизация, расширение и закрепление теоретических знаний по электротехнике, электрическим машинам, электроприводу и электроснабжению промышленных предприятий, а также приобретение практических навыков по решению задач, необходимых будущему специалисту.

Система электроснабжения промышленного предприятия должна обеспечивать бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией при удовлетворении требований по экономичности, надежности, безопасности, качеству электроэнергии, наличию резерва и т. п.

Выбор современного электрооборудования, проработка схемы управления, защиты, автоматизации, сигнализации электроприемников, разработка схемы электроснабжения цеха и (или) всего предприятия с использованием прогрессивных технических решений являются задачей раздела «Электроснабжение и электрооборудование промышленного предприятия» выпускной квалификационной работы.

Раздел «Электроснабжение и электрооборудование промышленного предприятия» выпускной квалификационной работы включает в себя рассмотрение следующих вопросов:

5) выбрать количество и тип цеховых трансформаторов 10/0,4 кВ;

6) выбрать коммутационную аппаратуру сети 0,4 кВ и сети 10 кВ;

7) произвести расчет затрат на сооружение сети электроснабжения;

8) произвести расчет контура заземления ТП;

9) рассмотреть вопрос об применении и эксплуатации изолированных систем шин.

Исходными данными электрической части выпускной квалификационной работы являются производственное (энергетическое) оборудование и механизмы, необходимые для обеспечения технологических процессов, заданных техническим заданием, а также площадь производственных помещений цеха (предприятия), параметры установленных электроприемников, существующие схемы системы электроснабжения и т. п. Указывается объект автоматизации.

В пояснительной записке выпускной квалификационной работы электрическая часть оформляется отдельной главой. Объём и содержание графической части определяются заданием на проектирование. Графическая часть содержит схему электроснабжения предприятия (цеха) .

Вариант 14

Расчет сети электроснабжения цеха

1.1 Исходные данные для проектирования

Схематический план предприятия задан в масштабе 1:1000

В таблице 1 заданы номинальные мощности электроприемников, коэффициентов использования и пуска, коэффициенты мощности указанных электроприемников, длины от электроприемников до ШС-1.

Таблица 1 - Исходные данные для первого этапа

№	Электроприемник	N шт.	Pном кВт	Kи	cos𝜑	Kп	ПВ %	L м
				0,16	0,61	5,35	-
	Долбёжный станок			0,14	0,43	6,40	-
	Кран мостовой			0,1	0,5	6,79
	Токарный станок			0,4	0,75	5,58	-
	Эксгаустер		5,6	0,63	0,8		-
Среднее значение	0,6

Заданы расчетные нагрузки силовых шкафов цеха №4, средневзвешенный коэффициент использования и количество эффективных электроприёмников. Данная информация представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Исходные данные для второго этапа

№	Шкаф	P кВт	Q кВАР	cos𝜑	Nэф	Kи.ср.взв
	ШС-2		36,62	0,88		0,6
	ШС-3		21,05	0,88		0,54
	ШС-4		51,82	0,88		0,4
	ШС-5		23,73	0,86		0,8
	ШС-6		30,60	0,87		0,7
	ШС-7		13,49	0,88		0,7
	ШС-8		58,74	0,86		0,86
Среднее значение	0,87

В качестве исходных данных заданы расчётные мощности остальных цехов на указанном предприятии, длина питающего кабеля 10 кВ от ГПП до РП. Данные указаны в таблице 3.

Таблица 3 - Исходные данные для третьего этапа

План промышленного предприятия изображён на рисунке 1.

Рисунок 1- План промышленного предприятия

Расчёт электрических нагрузок потребителей ШС-1

Первым и основным этапом проектирования системы электроснабжения промышленного предприятия является определение расчетных значений электрических нагрузок. Они не являются простой суммой установленных мощностей электроприемников. Это обусловлено неполной загрузкой некоторых ЭП, неодновременностью их работы, вероятностным случайным характером включения и отключения ЭП и т.п.

Понятие «расчетная нагрузка» следует из определения расчетного тока, по которому выбираются все элементы сети и электрооборудование.

Расчетный ток- это такой неизменный средний на 30-ти минутном интервале времени ток, который приводит к такому же максимальному нагреву проводника или вызывает тот же тепловой износ изоляции, что и реальная переменная нагрузка.

Таблица 5 - Расчёт нагрузки ШС-1

Исходные данные	Расчётные данные
Наим ЭП	N шт	Уст. Мощь кВт	Ки	Коэф реакт	Ср.Смен.Мощь	Nэ	Kmax	Расчётная мощность
1 ЭП	∑		cos𝜑	tg𝜑	Pсм кВт	Qсм кВАр	Nэ	Kmax	Pрасч кВт	Qрасч кВАр
Группа А
Продольно-строгательный станок				0,16	0,61	1,29	2,24	2,88	-	-	-	-
Долбёжный станок				0,14	0,43	2,09	1,96	4,09	-	-	-	-
Кран мостовой				0,1	0,5	1,72		24,08	-	-	-	-
Токарный станок				0,4	0,75	0,88		10,56	-	-	-	-
Итого				0,8	-	-	30,2	41,61		2,31	69,76	45,77
Группа Б
Эксгаустер		5,6	11,2	0,63	0,8	0,75	7,05	5,2	-	-	-	-
Итого		5,6	11,2	-	-	-	7,05	5,2	-	-	7,05	5,2

Таблица 6

Параметр	cosφ	tgφ	Pm, кBт	Q M , квар.	S M , кВ*А
Всего на НН без КУ	0,83	0,68	495,81	287,02	572,89

Определяется расчетная мощность КУ.

Q к.р = α Р м (tgα – tgφ к) = 0,9«495,81«(0,68 – 0,29) = 174,02 квар.

Принимается cosφ к = 0,96, тогда tgφ к = 0,29.

Находим нагрузку трансформатора после компенсации и его коэффициент загрузки при этом:

Для установки выбираем автоматизированную конденсаторную установку типа2 АУКРМ 0,4-100-20-4 УХЛ4

Ток компенсирующего устройства находится по формуле:

где 1,3 - коэффициент запаса (30% номинального значения);

Напряжение в линии, 0,4 кВ.

Поскольку мы имеем 2 секции шин с секционным выключателем, то мощность КУ для каждой секции будет определятся нагрузкой каждой из секций. В первой секции будут подключены силовые шкафы 1,2,3,4; во второй секции будут подключены 5,6,7,8.

Таблица 7

где - средневзвешенный коэффициент мощности всех ШС;

Требуемый коэффициент мощности на шинах ТП (не менее 0,95).

где k – коэффициент, получаемый из таблицы в соответствии со значениями коэффициентов мощности и ;

На 1 секции требуется больше компенсации реактивной мощности из-за ШС-1, в котором низкий коэффициент мощности.

Общая сумма компенсированной реактивной мощности на обоих секциях

Для двух трансформаторных подстанций номинальная мощность

трансформатора определяется по условию допустимой перегрузки одного

трансформатора на 40% при условии аварийного отключения другого в течение 6

часов в сутки за 5 рабочих дней.

В таком случае номинальная мощность трансформатора ТП-10/0,4

определяется по выражению:

где k=1,4 коэффициент допустимой перегрузки трансформатора;

n=2 – число трансформаторов на подстанции.

Из ряда стандартных номинальных мощностей выбираем два

трансформатора ТМГ-400/10.

Справочные данные по трансформатору приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Паспортные данные трансформатора ТМГ-400/10

Sном, КВА	Uном, кВ	∆Рхх, кВт	∆Ркз, кВт	Uкз, %	Iхх,%	Габаритные размеры	Масса,кг
		0,8	5,5	4,5	2,1	1650х1080х1780

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторах на ТП:

где n – количество установленных трансформаторов, шт;

– потери холостого хода в трансформаторе, кВт;

– потери при коротком замыкании в трансформаторе, кВт;

– номинальная мощность трансформатора, кВА.

где Iх.х – ток холостого хода трансформатора, %;

Uк.з – напряжение короткого замыкания, %.

Полную мощность электроприемников цеха, с учетом потерь в

трансформаторе:

Поскольку расчетная мощность 370,11 кВА удовлетворяет выбранной

номинальной мощности трансформатора, то выбираем 2 трансформатора ТМГ-400/10. И после перерасчета при выборе централизованной компенсации конденсаторную батарею присоединяем на шины 0,4 кВ цеховой подстанции. И как видно из расчета в этом случае от реактивной мощности разгружаются трансформаторы главной понизительной подстанции и питающая сеть. Использование установленной мощности конденсаторов при этом получается наиболее высоким.

Индивидуальную компенсацию применяют чаще всего на напряжениях до 660 В. Такой вид компенсации имеет существенный недостаток - плохое использование установленной мощности конденсаторной батареи, так как с отключением приемника отключается и компенсирующая установка.

На многих предприятиях не все оборудование работает одновременно, многие станки задействованы всего несколько часов в день. Поэтому индивидуальная компенсация становится очень дорогим решением, при большом количестве оборудования и соответственно большом числе устанавливаемых конденсаторов. Большинство этих конденсаторов не будут задействованы долгий период времени. Индивидуальная компенсация наиболее эффективна, когда большая часть реактивной мощности генерируется небольшим числом нагрузок, потребляющих наибольшую мощность достаточно длительный период времени

Централизованная компенсация применяется там, где нагрузка флюктуирует (перемещается) между разными потребителями в течение дня. При этом потребление реактивной мощности в течение дня меняется, поэтому использование автоматических конденсаторных установок предпочтительнее, чем нерегулируемых.

Перерасчет нагрузки

В графу 13 записывается максимальная реактивная нагрузка от силовых

ЭП узла Qрасч, кВар:

так как nэ < 10, то

Суммарные максимальные активные и реактивные нагрузки по расчетному

узлу в целом для ЭП с переменным и постоянным графиком нагрузки

определяются сложением нагрузок групп ЭП по формулам:

Определяется максимальная полная нагрузка силовых ЭП Sрасч.уч, кВА:

Определяется расчетный ток Iрасч, А:

Произведем расчет токов и полной мощности до установки КУ и после установки КУ.

Таблица 9- Сводная ведомость до и после установки КУ на шинах ТП

№	S, кВА	cos𝜑	I, A
ДО	ПОСЛЕ	ДО	ПОСЛЕ	ДО	ПОСЛЕ
ШС-1	92,18	77,68	0,6	0,96	140,05
ШС-2	75,47	67,65	0,88	0,96	114,66	102,78
ШС-3	44,31	39,97	0,88	0,96	67,32	60,72
ШС-4	109,09	98,4	0,88	0,96	165,74	149,5
ШС-5	46,5	41,43	0,86	0,96	70,64	62,94
ШС-6	62,06	55,68	0,87	0,96	94,29	84,59
ШС-7	28,4	25,62	0,88	0,96	43,14	38,92
ШС-8	111,69	102,54	0,86	0,96	169,69	155,79

Как видно из ведомости результат на лицо, установка КУ нам позволила:

Таблица 10 - Изменение реактивной мощности в ШС после установки КУ на ТП

№	Мощность, кВт			K	кВАр
ШС-1	76,81	0,6	0,96	1,04	71,89
ШС-2		0,88	0,96	0,25	14,85
ШС-3		0,88	0,96	0,25	8,77
ШС-4		0,88	0,96	0,25	21,6
ШС-5		0,86	0,96	0,30	10,8
ШС-6		0,87	0,96	0,28	13,6
ШС-7		0,88	0,96	0,25	5,62
ШС-8		0,86	0,96	0,30	26,73
Итого 174,02

Таблица 11 - Перерасчет нагрузки ШС-1

Исходные данные	Расчётные данные
Наим ЭП	N шт	Уст. Мощь кВт	Ки	Коэф реакт	Ср.Смен.Мощь	Nэ	Kmax	Расчётная мощность
1 ЭП	∑		cos𝜑	tg𝜑	Pсм кВт	Qсм кВАр	Nэ	Kmax	Pрасч кВт	Qрасч кВАр
Группа А
Несблокирован. конвейер				0,16	0,96	0,29	2,24	0,64	-	-	-	-
Кран мост.				0,14	0,96	0,29	1,96	0,56	-	-	-	-
Долбёжный Станок				0,1	0,96	0,29		4,06	-	-	-	-
Сверлильный станок				0,4	0,96	0,29		3,48	-	-	-	-
Итого				0,8	-	-	30,2	8,74		2,31	69,75	9,61
Группа Б
Эксгаустер		5,6	11,2	0,63	0,96	0,29	7,05	2,04	-	-	-	-
Итого		5,6	11,2	-	-	-	7,05	2,04	-	-	7,05	2,04

Расчет пиковых нагрузок ЭП

В качестве пикового режима ЭП для проверки на просадку напряжения на

электроприемнике и выбора автоматических выключателей рассматривается

режим пуска наиболее мощного электродвигателя и определяется пиковый ток по

кабельной линии Iпик, питающей трансформаторной подстанции. Пиковый ток для

группы ЭП находится как сумма токов максимального рабочего тока группы безучета тока самого мощного двигателя и пускового тока этого двигателя по формуле:

где IномАД – номинальный ток самого мощного АД, А;

Кп – кратность пускового тока самого мощного АД.

Рассчитывается ток наиболее мощного двигателя среди электроприемников ШС-1. Продольно-строгательный станок Pном = 14 кВт и после компенсаций cosφ = 0,96.

Пиковый ток будет равен:

Характеристика помещения

Помещение токарного цеха относят к сухим, так как относительная влажность воздуха не превышает 60% п. 1.1.6 в . Токарный цех – объект с сильной запыленностью, поэтому помещения относят к пыльным, в них по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин – п. 1. 1.11 в . Помещения невзрывоопасны, так как в них не находятся и не используются в работе вещества, образующие с воздухом взрывоопасные смеси гл. 1.3 в . По пожароопасности помещения токарного цеха относят к непожароопасным, так как в них отсутствуют условия, приведенные в гл. 1.4 в .

Выбор марки кабелей 0,4 кВ

На основе анализа прокладки кабеля и характеристики среды помещения цеха делается вывод о возможности использования для питания ШС 1-8 и электроприемников кабеля ВВГнг(а)-Ls-0,66 (медная токопроводящая жила, изоляция из ПВХ пластика пониженной пожароопасности, оболочка из ПВХ композиции пониженной горючести) Кабели данной марки предназначены для вертикальных, наклонных и горизонтальных трасс. Небронированные кабели могут использоваться в местах подверженных вибрации. Не распространяют горения при прокладке в пучках

(нормы ГОСТ Р МЭК 332-2 категории А). Эксплуатируются в кабельных сооружениях и помещениях. Допустимый нагрев токопроводящей жилы в аварийном режиме не должен превышать +80ºC c продолжительностью работы не более 8 часов в сутки и не более 1000 часов за срок службы.

Срок службы – 30 лет.

Таблица 12 - Выбор кабельных линий от ТП до ШС для цеха №4 до установки КУ

Наим	Трасса КЛ	S кВА	I A	K1	K2	Iд A	Iдоп A	L м	R Ом	X Ом	Z Ом	Марка	Sкаб мм²
КЛ3-1	ТП-ШС1	92,18	140,05		0,8	175,06			6,36	1,96	6,65	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-2	ТП-ШС2	75,47	114,66		0,8	143,32			1,85	0,42	1,89	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-3	ТП-ШС3	44,31	67,32		0,8	84,15			48,84		49,2	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-4	ТП-ШС4	109,09	165,74		0,8	207,17			7,6	3,15	8,22	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-5	ТП-ШС5	46,5	70,64		0,8	87,63			38,48	4,73	38,76	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-6	ТП-ШС6	62,06	94,29		0,8	117,86			4,81	1,1	4,93	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-7	ТП-ШС7	28,4	43,13		0,8	53,92			62,64	5,13	62,84	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-8	ТП-ШС8	111,69	169,69		0,8	211,48			10,92	4,53	11,82	ВВГнг(а)-Ls-0,66

Таблица 13 - Выбор кабельных линий от ТП до ШС для цеха №4 после установки КУ на шины ТП

Наим	Трасса КЛ	S кВА	I A	K1	K2	Iд A	Iдоп A	L м	R Ом	X Ом	Z Ом	Марка	Sкаб мм²
КЛ3-1	ТП-ШС1	77,68			0,8	147,5			8,88	2,04	9,11	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-2	ТП-ШС2	67,65	102,78		0,8	128,47			1,85	0,42	1,89	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-3	ТП-ШС3	39,97	60,72		0,8	75,9			48,84		49,2	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-4	ТП-ШС4	98,4	149,5		0,8	186,87			7,6	3,15	8,22	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-5	ТП-ШС5	41,43	63,94		0,8	78,67			38,48	4,73	38,76	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-6	ТП-ШС6	55,68	84,59		0,8	105,7			6,89	1,14	6,98	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-7	ТП-ШС7	25,62	38,92		0,8	48,65			99,36	5,34	99,5	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ3-8	ТП-ШС8	102,54	155,79		0,8	194,73			10,92	4,53	11,82	ВВГнг(а)-Ls-0,66

КЛ2-10

ТП-КУ

93,81

93,81

4,24

0,7

4,29

ВВГнг(а)-Ls-0,66-4х35.

Таблица 14 - Выбор кабеля от ШС-1 до ЭП

Наименование	Трасса КЛ	P кВт	I A	cos𝜑	Iдоп А	L м	R Ом	X Ом	Z Ом	Марка	Sсеч мм²
КЛ1-1	От ШС-1 до ЭП1		22,15	0,96			29,6	0,46	29,6	ВВГнг(а)-Ls-0,66	2,5
КЛ1-2	От ШС-1 до ЭП2		22,15	0,96			44,4	0,69	44,4	ВВГнг(а)-Ls-0,66	2,5
КЛ1-3	От ШС-1 до ЭП3		55,39	0,96			14,72	0,79	14,74	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ1-4	От ШС-1 до ЭП4		47,47	0,96			11,04	0,59	11,05	ВВГнг(а)-Ls-0,66
КЛ1-5	От ШС-1 до ЭП5	5,6	8,86	0,96			62,5	0,63	62,5	ВВГнг(а)-Ls-0,66	1,5
КЛ1-6	От ШС-1 до ЭП6	5,6	8,86	0,96			62,5	0,63	62,5	ВВГнг(а)-Ls-0,66	1,5

Таблица 15 - Проверка кабельных линий КЛ1 в нормальном режиме

КЛ	А	А	В	В	dU В	В
КЛ1-1	22,15	29,6	1,13	1,85	2,99
КЛ1-2	22,15	44,4	1,7	1,85	3,55
КЛ1-3	55,39	14,72	1,41	1,85	3,26
КЛ1-4	47,47	11,04	0,9	1,85	2,75
КЛ1-5	8,86	62,5	0,95	1,85	2,8
КЛ1-6	8,86	62,5	0,95	1,85	2,8

Таблица 16 – Проверка кабельных линий КЛ2 в нормальном режиме

Наименование	А	Z Ом	В	dU%
КЛ2-1		9,11	1,85	0,48
КЛ2-2	102,78	1,89	0,33	0,08
КЛ2-3	60,72	49,2	5,16	1,35
КЛ2-4	149,5	8,22	2,12	0,55
КЛ2-5	63,94	38,76	4,28	1,12
КЛ2-6	84,59	6,98	1,02	0,25
КЛ2-7	38,92	99,5	6,69	1,76
КЛ2-8	155,79	11,82	3,18	0,83

Мощного двигателя

Металлорежущие станки предназначены для механической обработки заготовок из металла режущими инструментами.

Целью металлорежущих станков является получение деталей заданной формы и размеров с требуемыми точностью и качеством обработанной поверхности. На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и из других материалов, поэтому термин «металлорежущий станок» является условным.

По виду выполняемых работ металлорежущие станки распределены по группам, каждая из которых подразделяется на типы, объединенные общими технологическими признаками и конструктивными особенностями.

Металлорежущие станки представляют собой целый класс оборудования, предназначенного для получения металлических заготовок: расточные станки, токарные станки, и др.

Для примера произведем расчет и выбор электрооборудования токарно-винторезного станка модели 16Д20.

Токарные станки предназначены для изготовления и обработки деталей, имеющих форму тел вращения. Применяются для обработки цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, подрезки торцов, а также для сверления и развертывания отверстий, нарезания резьбы и других операций.

2.1 Выбор рода тока и величины напряжения для сети цеха

Для силовых электрических сетей промышленных предприятий в основ­ном применяется трехфазный переменный ток. Постоянный ток рекомен­дуется использовать в тех случаях, когда он необходим по условиям техно­логического процесса (зарядка аккумуляторных батарей, питание гальвани­ческих ванн и магнитных столов), а также для плавного регулирования часто­ты вращения

электродвигателей. Если необходимость применения постоянного тока не вызвана технико-экономическими расчетами, то для питания силового электрооборудования используется трехфазный переменный ток.

При выборе напряжения следует учитывать мощность, количество и распо­ложение электроприемников, возможность их совместного питания, а также технологические особенности производства.

При выборе напряжения для питания непосредственно электроприемни­ков необходимо обратить внимание на следующие положения:

1) Номинальными напряжениями, применяемыми на промышленных предприятиях для распределения электроэнергии являют­ся 10; 6; 0,66; 0,38; 0,22 кВ;

2) Применять на низшей ступени распределения электроэнергии напря­жение выше 1кВ рекомендуется только в случае, если установлено специальное электрооборудование, работающее при напряжении выше 1 кВ;

3) Если двигатели необходимой мощности изготавливаются на несколько напряжений, то вопрос выбора напряжения должен быть решен путем технико-экономического сравнения вариантов;

4) В случае, если применение напряжения выше 1 кВ не вызвано техниче­ской необходимостью, следует рассмотреть варианты использования напряже­ния 380 и 660 В. Применение более низких напряжений для питания силовых потребителей экономически не оправдано;

6) С применением напряжения 660 В снижаются потери электроэнергии и расход цветных металлов, увеличивается радиус действия цеховых подстан­ций, повышается единичная мощность применяемых трансформаторов и в результате сокращается количество подстанций, упрощается схема электро­снабжения на высшей ступени распределения энергии. Недостатками напряже­ния 660 В являются невозможность совместного питания сети освещения и силовых электроприемников от общих трансформаторов, а также отсутствие электродвигателей небольшой мощности на напряжение 660 В, так как в на­стоящее время такие электродвигатели нашей промышленностью не выпуска­ются;

7) На предприятиях с преобладанием электроприемников малой мощности более выгодно использовать напряжение 380/220 В (если не доказана целесо­образность применения иного напряжения);

8) Напряжение сетей постоянного тока определяется напряжением питае­мых электроприемников, мощностью преобразовательных установок, уда­ленностью их от центра электрических нагрузок, а также условиями окружаю­щей среды.

Электронные цепи управления и сигнализации обязательно должны получать питание от трансформатора.

Для цепей управления переменного тока, питаемых от трансформатора, рекомендуются следующие величины напряжения: 1)24 или 48В, 50 и 60 Гц; 2) 110В, 50Гц или 115В, 60Гц; 3) 220В, 50Гц или 230В, 60 Гц.

Для цепей управления постоянного тока рекомендуется напряжение: 24, 48, 110, 220, 250В. Допускается применение других значений низкого напряжения электронных цепей и устройств, которые предназначены для таких напряжений. Замыкание на землю любой цепи управления не должно вызывать непредвиденного включения машины, опасных движений машины и препятствовать ее отключению.

Цепь управления должна быть разработана так, чтобы, если ограничение по времени истекло, то для включения цикла обе кнопки сначало должны быть отпущены, а потом снова нажаты.

Цепь сигнализации, которая не подключена к цепи управления, рекомендуется подключать к напряжению 24В переменного или постоянного тока. В этом случае применяются лампы на напряжение от 24В до 28В. Если используется индивидуальный трансформатор, то применяются лампы напряжение 6В или 24В. В этом случае цепь сигнализации может присоединяться к цепи управления.

Для местного освещения токарных станков запрещается применение люминесцентных ламп. Найбольшее применение получили лампы накаливания на напряжение 36В, подключаемые через понижающий трансформатор. Пользоваться местным освещением напряжением выше 36 В запрещается.

Для универсального токарно- винтрезного станка повышенной точности, модели 16Д20, найболее подходящими параметрами являются:

Питающая сеть: напряжение 380В, род тока- переменный, частота 50 Гц;

Цепь управления: напряжение 110В, род тока- переменный;

Местное освещение: напряжение 24 В.

ФГОУ СПО «Пензенский колледж управления

и промышленных технологий им. Е. Д. Басулина»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Краткая характеристика цеха, краткое описание технологического процесса

1.2 Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения. Ведомость потребителей электроэнергии

1.3 Выбор величины питающего напряжения

1.4 Выбор схемы электроснабжения цеха

1.4.1 Задачи электроснабжения цеха

1.4.2 Выбор схемы электроснабжения по цеху

2. Расчетная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

2.2 Компенсация реактивной мощности и выбор компенсирующего устройства

2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховой подстанции

2.4 Расчет и выбор силовой сети, сечения проводов и кабелей

2.5 Выбор аппаратов защиты и автоматики

3. Экономическая часть проекта

3.1 Система планово-предупредительного ремонта

3.2 Особенности ремонта электрооборудования и его техническая характеристика

3.3 Расчет ремонтной сложности электрооборудования

Заключение

Список используемых источников

Введение

Важнейшая роль в экономике страны принадлежит машиностроению. От темпов развития машиностроения характерно зависит рост механической оснащенности всех отраслей народного хозяйства.

Машиностроение характерно чрезвычайным многообразием технологических процессов, в которых используется электроэнергия: литейное производство и сварка, обработка металлов давлением и резанием, упрочняющая термообработка, нанесение защитных и отделочных покрытий и т.д.

Предприятия машиностроения широко оснащены электрифицированными подъемно-транспортными механизмами, насосными компрессорными установками, механообрабатывающим и сварочным оборудованием. Автоматизация в машиностроении затрагивает не только отдельные технологические агрегаты и вспомогательные механизмы, но и целые комплексы, автоматизированные поточные линии, цеха и заводы.

Научно-технический прогресс предполагает рост энерговооруженности в промышленности за счет совершенствования и внедрения нового, экономичного и технологичного электрооборудования. Электроприемники, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии, прочно занимают ведущее положение в подавляющем большинстве производственных процессов.

Постоянное повышение энерговооруженности производства обеспечивается опережающим развитием электроэнергетики.

Эффективность производства и качества продукции во многом определяются надежностью средств производства и, в частности, надежностью электрооборудования.

Интенсивное развитие технических средств вызвало необходимость совершенствования методики проектирования и создания на ее основе новых высокоэффективных предприятий. В современных условиях эксплуатация электрооборудования требует все более глубоких и разносторонних знаний, а задачи создания нового или модернизация существующего электрифицированного технологического агрегата, механизма или устройства решаются совместными усилиями технологов, механиков, электриков.

Реконструкция действующих производств при использовании современного оборудования, на базе энергосберегающих технологий – одна из основных задач перевооружения производства.

В условиях научно-технического прогресса значительно усложнились взаимоотношения человека с природой. Научно-технический прогресс создал огромные возможности для покорения сил природы, а вместе с тем для ее загрязнения и разрушения. Промышленный прогресс сопровождается поступлением в биосферу огромного количества загрязнений, которые могут нарушить природное равновесие и угрожать здоровью людей.

Курс на интенсификацию экономического развития требует дальнейшего повышения эффективности использования природных ресурсов. Исходя из этого, намечено расширить научную разработку фундаментальных и прикладных проблем охраны природы, а также повысить эффективность использования имеющегося оборудования.

Актуальность темы курсового проекта соответствует задаче технического перевооружения – созданию высокоэффективного энергосберегающего производства.

1. Теоретическая часть

1.1 Краткая характеристика цеха, краткое описание технологического процесса

Основным электрооборудованием цеха металлорежущих станков являются группы токарных, шлифовальных и заточных станков. Рассмотрим эти группы:

1. К токарной группе можно относятся токарно-винторезные станки марки 16К25 мощностью 11 кВт.

2. К шлифовальному оборудованию относятся станки кругло-, плоско-, внутри- и резьбо-шлифовальные станки мощностью от 0,4 кВт у внутри-шлифовального станка марки 3М225В до 5,5 кВт у резьбо-шлифовального станка марки 5К823В.

3. К заточной группе относятся: универсально заточные станки, заточные, заточные для червячных фрез и заточные для круглых плашек. Мощность находится в пределах от 0,4 кВт у универсально заточных станков до 2,2 кВт у заточных.

Для станков существуют три режима работы:

1. Продолжительный, в котором машины могут работать долго, и превышение температуры отдельных частей машины не выходит за установленные пределы;

2. Повторно-кратковременный, здесь рабочие периоды t р чередуются с периодами пауз t 0 , а длительность всего цикла не превышает 10 минут. В этом режиме работают электродвигатели мостовых кранов, подъемников, сварочные аппараты.

3. Кратковременный, при котором рабочий период не настолько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины достигали установившегося значения, а период остановки настолько длителен, что машина успевает охладиться до температуры окружающей среды.

Надежность электроснабжения – способность системы обеспечить предприятие электроэнергией хорошего качества.

По обеспечению надежности электроснабжения электроприемники разделяют на три категории:

I. Электроприемники, где перерыв в электроснабжении повлечет за собой опасность для жизни людей, повреждения дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции.

II. Электроприемники, здесь перерыв приводит к массовому недоотпуску продукции, простоем рабочих мест, механизмов и промышленного процесса.

III. Электроприемники несерийного производства продукции, вспомогательные цеха, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные заводы. Перерыв в электроснабжении до 24 часов.

1.2 Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения. Ведомость потребителей электроэнергии

Потребителями электроэнергии данного цеха являются станки токарной, заточной шлифовальной групп.

Токарно-винторезные станки предназначены для выполнения разнообразных работ. На этих станках можно обтачивать наружные цилиндрические, конические и фасонные поверхности, растачивать цилиндрические и конические отверстия, обрабатывать торцовые поверхности; нарезать наружную и внутреннюю резьбы; сверлить, зенкеровать и развертывать отверстия; производить отрезку, подрезку и др. операции.

Шлифовальные станки предназначены для обработки деталей шлифованными кругами. На них можно обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические, конические и фасонные поверхности и плоскости, разрезать заготовки, шлифовать резьбу и зубья зубчатых колес, затачивать режущий инструмент и др. В зависимости от формы шлифуемой поверхности и вида шлифования станки общего назначения подразделяют на круглошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные, внутришлифовальные, плоскошлифовальные и специальные.

Заточные станки. В зависимости от характера выполнения операций заточные станки делят на простые, универсальные, специальные, а по виду обработки – на станки для абразивной заточки и доводки и безабразивной (анодно-механический, электроискровой и др.). Универсальные заточные станки применяют для заточки и доводки резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков, фрез, долбяков, червячных фрез и выполняют наружное и внутреннее шлифование. Специальные заточные станки предназначены для заточки резцов, сверл, червячных фрез и т.п.

Все оборудование представлено в ведомости потребителей электроэнергии.

1.3 Выбор величины питающего напряжения

Учитывая, что определяющим параметром технико-экономических показателей является в основном принятое напряжение, рассматриваются возможные варианты электроснабжения, т.е. осуществляется выбор питающего напряжения.

Напряжение 10 кВ применяют для внутризаводского распределения энергии:

На крупных предприятиях с наличием двигателей, допускающих непосредственное присоединение к сети 10 кВ;

На предприятиях небольшой и средней мощности при отсутствии или незначительном числе двигателей, которые могут быть присоединены непосредственно к сети 6 кВ;

При наличии заводской электростанции с напряжением генераторов 10 кВ.

Напряжение 6 кВ применяют:

При наличии на предприятии значительного количества электроприемников на это напряжение;

При наличии заводской электростанции на напряжение 6кВ;

На реконструируемых предприятиях, имеющих напряжение 6кВ.

Для внутрицеховой системы электроснабжения используется напряжение 380 и 660В.

Напряжение 380 В применяют для питания силовых общепромышленных электроприемников.

если по условиям генплана, технологии и окружающей среды не могут быть осуществлены в должной мере глубокие вводы, дробление цеховых подстанций и приближение их к центрам питаемых ими групп электроприемников, и в связи с этим имеют место протяженные и разветвленные сети до 1000 В, а также при крупных концентрированных нагрузках.

Целесообразность применения напряжения 660 В должна обосновываться технико-экономическими сравнениями с напряжением 380/220 В с учетом перспективного развития предприятия, удешевления электродвигателей 660 В и лучшего их КПД по сравнению с электродвигателями 6 кВ, а также с учетом уменьшения потерь электроэнергии в сети 660 В по сравнению с сетью 380 В.

Для осветительных установок преимущественно применяют осветительные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением 380/220 В.

Сети с изолированной нейтралью напряжением 220 В и ниже используют, в основном, в специальных электроустановках при повышенных требованиях к электробезопасности.

Постоянный ток применяется для резервного питания особо ответственных осветительных приемников и в специальных электроустановках.

При напряжении силовых приемников 380 В питание освещения, как правило, осуществляют от трансформаторов 380/220 В, общих для силовой и осветительной нагрузок.

Обеспечение качества электроэнергии на зажимах приемников электроэнергии – одна из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирования и эксплуатации систем электроснабжения. Для рациональной работы электроприемников необходимо, чтобы качество электроэнергии трехфазных сетей соответствовало качественным показателям регламентируемых ГОСТ 13109-77:

Отклонение напряжения (+- 5 % для осветительной сети, +- 5-10% для силовой сети);

Отклонение частоты (от 1,5 до 4%);

Коэффициенты не симметрии и неуравновешенности напряжений (К и <=2%)

Исходя из вышеперечисленных требований устанавливаем напряжение для цеха металлорежущих станков 380/220 В для силовой и осветительной сети, с учетом требований показателей качества напряжения внутризаводского распределения энергии – 10 кВ

1.4 Выбор схемы электроснабжения цеха

1.4.1 Задачи электроснабжения цеха

Основной задачей электроснабжения является обеспечение потребителей электроэнергией. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмы, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами и т.д.

Для обеспечения бесперебойности производственного процесса и постоянного обновления оборудования современные системы электроснабжения предприятия должны обладать повышенной надежностью и гибкостью, обеспечивать заданные показатели качества электроэнергии, быть высокоэкономичными, удобными в эксплуатации и соответствовать требованиям пожаро-, взрыво и электробезопасности.

На надежность системы электроснабжения влияют:

Соответствия пропускной способности сети;

Схемы соединения элементов сети;

Наличие чувствительных быстродействующих и селективных защит;

Наличие или отсутствие в энергосистеме дефицита мощности и запасных резервных элементов и другие факторы.

Системы электроснабжения предприятия должны удовлетворять также следующим требованиям:

1. Обеспечения надлежащего качества электроэнергии, уровней и отклонения напряжения, стабильность частоты и др.;

2. Экономии цветных металлов и электроэнергии;

3. Максимального приближения источников высшего напряжения к электроустановкам потребителей, обеспечивающего минимум сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации снижения первичных затрат и уменьшения потерь электроэнергии с одновременным повышением надежности.

Выполнение этих требований обеспечивается, прежде всего, надлежащим образом на основании соответствующих расчетов мощности источников электропитания и пропускной способности всех элементов системы электроснабжения, выборы их высоконадежного конструктивного исполнения и стойкости в аварийных режимах, использованием современных систем защиты и автоматики, надлежащей эксплуатацией.

Через системы электроснабжения осуществляется учет электроэнергии и контроль за рациональным ее расходованием.

К важнейшим задачам, которые должны быть решены в процессе проектирования систем электроснабжения промышленных предприятий, относятся следующие:

1. Выбор наиболее рациональной с точки зрения технико-экономических показателей системы питания цеха;

2. Правильный, технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для главной понизительной и цеховых подстанций;

3. Выбор экономически целесообразного режима работы трансформаторов;

4. Выбор рациональных напряжений в схеме определяющих, в конечном счете, размеры капиталовложений, расход цветного металла, величину потерь электроэнергии и эксплуатационные расходы;

5. Выбор электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств в соответствии с требованиями технико-экономической целесообразности;

6. Выбор сечения проводов, шин, кабелей в зависимости от ряда технических и экономических факторов.

Потребители электроэнергии имеют свои специфические особенности, чем и обусловлены определенные требования к их электроснабжению – надежность питания, качество электроэнергии, резервирование и защита отдельных элементов и др.

При проектировании сооружений и эксплуатации систем электроснабжения промышленных цехов необходимо правильно в технико-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжений, определять электрические нагрузки, выбирать тираж, число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты, системы компенсации реактивной мощности и способы регулирования напряжений.

1.4.2 Выбор схемы электроснабжения по цеху

Цеховые сети делят на питающие, которые отходят от источника питания (подстанции), и распределительные, к которым присоединяются Электроприемники.

Внутрицеховое распределение электроэнергии может выполняться по трем схемам:

Радиальной;

Магистральной;

Смешанной.

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

1. Обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

2. Быть удобными и безопасными в эксплуатации;

3. Иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Магистральная схема используется на большие токи (до 6300А), может подключаться непосредственно к трансформатору без распределительного устройства на стороне низшего напряжения, и выполняются с равномерным распределением электроэнергии к отдельным потребителям. Магистральные схемы обладают универсальностью, гибкостью (позволяют заменить технологическое оборудование без изменения электрической сети).

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от распределительных устройств низшего напряжения трансформаторной подстанции и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляется самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Достоинством радиальных схем является высокая надежность питания и возможность применения автоматики.

Однако радиальные схемы требуют больших затрат на установку распределительных центров, проводку кабеля и проводов.

В проектируемой работе для электроснабжения цеха металлорежущих станков на основе анализа источников литературы выбрана магистральная схема, представленная на листе формата А3. Расчетные группы электроприемников представлены в таблице 2.

Таблица 2 Расчетные группы электроприемников

	№ позиции на чертеже	Наименование оборудования	Количество	Модель
		Универсально-заточные
		Заточные для червячных фрез
		Заточные
		Токарно-винторезные
		Заточные для круглых плашек
		Резьбошлифовальные
		Плоскошлифовальные
		Внутришлифовальные
		Круглошлифовальные
		Вентиляторы

2. Расчетная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

В этом разделе рассматриваются методы определения электрических нагрузок, осуществляется расчет силовых нагрузок и составляется сводная ведомость.

Создание каждого промышленного объекта начинается с его проектирования: определения ожидаемых (расчетных) нагрузок.

При определении расчетных электрических нагрузок можно пользоваться основными методами:

1. упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума);

2. удельного потребления электроэнергии на единицу продукции;

3. коэффициента спроса;

4. удельной плотности электрической нагрузки на 1 м 2 производственной площади.

Расчет ожидаемых нагрузок приводится методом упорядоченных диаграмм,

являющимся в настоящее время основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения.

Расчетная максимальная мощность электроприемников определяется из выражения:

P max =K max * K и * P ном = K max * P см,

где: K и – коэффициент использования;

K max – коэффициент максимума активной мощности;

P см – средняя активная мощность электроприемников за более загруженную схему.

Для группы электроприемников за более загруженную смену режима работы средняя активная и реактивная нагрузки определяются по формуле:

Р см = К u * Р ном

Q см = P см * tg φ,

где tg φ – соответствует средневзвешенному cos φ, характерному для электроприемников данного режима работы.

Средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле:

К U.СР.ВЗ. = ∑Р см / ∑Р ном,

где ∑Р см – суммарная мощность электроприемников и групп за наиболее загруженную смену;

∑Р ном – суммарная номинальная мощность электроприемников в группе.

Относительное число электроприемников определяется по формуле:

N * = n 1 /n,

где n 1 – число крупных приемников в группе;

n – число всех приемников в группе.

Относительная мощность наибольших по мощности электроприемников определяется из выражения:

Р * = ∑Р n 1 /∑Р ном,

где ∑Р n 1 – суммарная активная номинальная мощность крупных электроприемников группы;

∑Р ном – суммарная активная номинальная мощность электроприемников группы.

Основное эффективное число электроприемников в группе определяется по справочным таблицам, исходят из значений n * и Р *

n * э = f(n * ; P *)

Эффективное число электроприемников в группе определяется по формуле:

N э = n * э * n

Коэффициент максимума определяется по справочным таблицам, исходя из значений n э и К U.СР.ВЗ.:

К max = f(N э; К U.СР.ВЗ.)

Расчетная максимальная активная мощность цепи:

Р мах = К мах * ∑Р см

Расчетная максимальная реактивная мощность в цепи:

Q max = 1.1 ∑Q см

Полная расчетная мощность группы определяется по формуле:

S max = √P max 2 + Q max 2

Максимальный расчетный ток группы определяется по формуле:

I max = S max /(√3 * U ном)

Расчет ожидаемых нагрузок цеха металлорежущих станков.

1. Определяем среднюю активную и реактивную мощности за более загруженную схему электроприемников.

Пример расчета для станков позиции 1-3

Р см1-3 = Р ном × К и = 0,4 × 0,14 × 3 = 1,68 кВт

Q см1-3 = Р см1-3 × tgφ = 1,68 × 1,73 = 2,9 кВАр

Остальные данные по расчету представлены в таблице 4

2. Определяем суммарную мощность по группе:

∑P ном = 3 P ном1-3 + 2 P ном4,5 + 2 P ном6,11 + 2 P ном7,10 + 2 P ном8,9 + 2 P ном12,18 + 3 P ном13-15 + 3 P ном16,17,22 + 2 P ном19,21 + 3 P ном вент = 193,5 кВт

3. Суммируем активные и реактивные нагрузки:

∑P см = P см1-3 + P см4,5 + P см6,11 + P см7,10 + P см8,9 + P см12,18 + P см13-15 + P см16,17,22 + P см19,21 + P см вент = 57,12 кВт

∑Q см = Q см1-3 + Q см4,5 + Q см6,11 + Q см7,10 + Q см8,9 + Q см12,18 + Q см13,15 + Q см16,17,22 + Q см19,21 + Q см вент = 36,53 кВАр.

4. Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования:

К и.ср.вз = 57,12/193,5 = 0,3

5. Определяем относительное число электроприемников:

N * = 5/25 = 0,2

6. Определяем относительную мощность наибольших по мощности электроприемников:

Р * = 160/193,5 = 0,83 кВт

7. Основное эффективное число электроприемников в группе определяем по таблице 2.2 исходя из значений N * и Р * :

n* э = 0,27

8. Определяем эффективное число электроприемников в группе:

N э = 0,27 × 25 = 6,75

9. Коэффициент максимума К мах служит для перехода от средней нагрузки к максимальной. Коэффициент максимума активной мощности определяем по таблице 2.3, исходя из значений n э и К и.ср.вз:

К мах = 1,8

10. Определяем расчетную максимальную активную мощность цепи:

Р мах = 1,8 × 57,12 = 102,82 кВт

11. Определяем расчетную максимальную реактивную мощность цепи:

Q мах = 1,1 × 36,53 = 40,18 кВАр

12. Определяем полную расчетную мощность группы:

13. Определяем максимальный расчетный ток группы:

I мах = 110,4/(1,73 × 0,38) = 157,7 А

Таблица 3 Сводная ведомость электрических силовых нагрузок по цеху

	Наименование оборудования		Р ном, кВт		Q см, кВАр
									Р мах, кВт	Q мах, кВАр	S мах, кВА
	Универсально-заточные
	Заточные для червячных фрез
	Заточные
	Токарно-винторезные
	Заточные для круглых плашек
	Резьбошлифовальные
	Плоскошлифовальные
	Внутришлифовальные
	Круглошлифовальные
	Вентиляторы

2.2 Компенсация реактивной мощности и выбор компенсирующего устройства

Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям вызывает возникновение дополнительных потерь активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения.

Затраты, обусловленные этой передачей, можно уменьшить или даже устранить, если устранить влияние реактивной мощности в сетях низкого напряжения.

Для компенсации реактивной мощности применяются специальные,компенсирующие устройства, являются источниками реактивной энергии емкостного характера.

Мощность КУ (компенсирующие устройства) определяется из выражения:

Q k =α × P max × (tgφ max – tgφ э) кВар,

где Р мах – максимальная расчетная мощность;

α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается равным 0,9;

tgφ э определяется cosφ э = 0,92 – 0,95 коэффициентом мощности, устанавливаемым системой. Принимаем tgφ э = 0,33

tgφ max – расчетный максимальный коэффициент мощности

cosφ max = P max / S max

cosφ max = 102,82/110,4 = 0,93

Q к = 0,9 × 102,8 / (0,39 – 0,33) = 1542 кВАр

По расчетному значению реактивной мощности выбираем компенсирующие устройство типа УКН - 0,38 – 900 в количестве 2-х штук.

2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховой подстанции

Трансформаторные цеховые подстанции являются основным звеном системы электроснабжения и предназначены для питания одного или нескольких цехов.

Одно-трансформаторные цеховые подстанции применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складного» резерва или при резервировании, осуществляемом по перемычкам на вторичном напряжении.

Двух-трансформаторные подстанции применяются при преобладании потребителей 1-ой и 2-ой категорий.

Выбор числа и мощности трансформаторов обусловлен величиной и характером нагрузки, с учетом его перегрузочной способности, которая должна составлять 40% от мощности трансформатора.

При выборе трансформатора необходимо знать мощность подстанции:

где S p – мощность трансформатора, потребляемая участком после компенсации, кВАр;

P max – суммарная активная максимальная мощность, кВт;

Q max – суммарная реактивная максимальная мощность, кВАр

Q k – реактивная потребляемая мощность компенсирующего устройства, кВАр.

Мощность трансформатора, потребляемая с учетом 40% запаса, вычисляем по формуле:

S m = 0,75 × S p

где S p – мощность трансформатора, потребляемая группой электроприемников после компенсации, кВА;

Мощность трансформатора с учетом климатических условий (среднегодовая температура отличается от Q ср = 5 о С) определяется из выражения:

где: S m – мощность трансформатора, потребляемая с учетом 40% запаса

Q ср – среднегодовая температура местности, где устанавливается трансформатор.

S m = 0,75 × 125,7 = 94,3 кВА

По расчетной мощности равной 94,3 кВА с учетом температуры местности и 40% запаса, принимаем к установке трансформатор типа ТМ-100/10 У1

2.4 Расчет и выбор силовой сети, сечения проводов и кабелей

Все приемники электроэнергии рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380 В, промышленную частоту 50 Гц, по степени надежности электроснабжения относятся ко второй категории, устанавливаются стационарно и по площади распределены равномерно.

Проводки электрических сетей от проходящего по ним тока, согласно закону Джоуля-Ленца, нагреваются.

Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания тока. Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельно допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наиболее длительно допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.

При расчете сети по нагреву рассчитывается ток для каждого электроприемника и группы электроприемников, питающихся от одного силового пункта:

Расчетный ток для группы электроприемников:

где: I р – расчетный ток;U ф – фазное напряжение.

Расчетный ток для каждого потребителя:

где: Р н – номинальная мощность электроприемника – кВт;

U н – номинальное напряжение, В;

cosφ – коэффициент мощности электроприемника;

η – коэффициент полезного действия электроприемника;

Пример расчета электроприемников силового пункта СП.

I нр1 = 400/(1,73*380*0,5*0,9)=1,4(А)

Таблица 4. Расчетно-монтажные данные по цеху

на чертеже	Наименование оборудования	Количество
	Универсально- заточные
	Заточные для червячных фрез
	Заточные
	Токарно-винторезные
	Заточные для круглых плашек
	Резьбошлифовальные
	Плоскошлифовальные
	Внутришлифовальные
	Круглошлифовальные
	Вентиляторы

По номинальному расчетному току по таблицам выбираем сечение проводов и кабелей и определяем способ прокладки.

Расчетный ток для группы электроприемников определяем в пункте 2.1

I max = 110,4/(1,73 × 0,38) = 157,7 А

По расчетному току выбираем ШРА 73 с номинальным током 250 А, а от трансформатора до ШРА – кабель типа АСГ (95 × 4) (таблица) и выключатель ВА 52Г-33 I н = 160 А. Для электроприемников по номинальному току определяем провод АПВ различного сечения. Все провода четырехжильные с поливинилхлоридной изоляцией марки АПВ, исключение составляет рабочее место электромонтажника, там устанавливают двухжильные.

Расчетные данные по данному силовому пункту сведены в Расчетно-монтажные таблицы Приложения.

План цеха с нанесением силовой сети представлен на листе формата А1.

2.5 Выбор аппаратов защиты и автоматики

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В, применяют силовые распределительные шкафы пункты.

Микроклимат в цехе нормальный, т.е. температура не превышает +30 о С, отсутствует технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу электрооборудования.

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды изготавливают шкафы серии СП-62,ШРС-2П1У3,ШРС-53У3 и ШРС-54У3.

Наряду с указанными силовыми шкафами применяют распределительные пункты серии ПР-9000. В распределительные пункты встроены автоматические выключатели для автоматизации управления.

Силовые пункты и шкафы выбирают с учетом условий воздушной среды и числа подключаемых приемников электроэнергии.

Для кабеля от трансформатора до ШРА 73 распределительного устройства выбираем автоматический выключатель марки автомат серии ВА 52Г-33 из таблицы

3.3 Расчет ремонтной сложности электрооборудования

∑R = R 1 + R 2 + R 3 + … + R п

Расчет ремонтной сложности оборудования по цеху:

1. Для станков токарной группы R = 8,5. В цехе установлено 2 станка данной группы, значит ∑R = 17

2. Для станков заточной группы R = 1,5. В цехе установлено 9 станков данной группы, значит ∑R = 13,5

3. Для станков шлифовальной группы R = 10. В цехе установлено 11 станков данной группы, значит ∑R = 110

4. Для вентилятора R = 4. В цехе установлено 3 вентилятора, значит ∑R = 12

Для большинства электротехнического оборудования категория ремонтной сложности определена и является справочной величиной.

Таблица 5 Ремонтная сложность электрооборудования

Заключение

В теоретической части проекта характеристики потребителей электроэнергии и категории электроснабжения, внутренние схемы электроснабжения.

В расчетной части проекта произведены расчеты электрических нагрузок, расчет и выбор компенсирующего устройства, выбор силового трансформатора, сечений проводов и кабелей, выбор защитных устройств.

В экономической части проекта рассмотрены вопросы планово-предупредительного ремонта электрооборудования, его особенности и произведен расчет ремонтной сложности электрооборудования участка.

Для расчета нагрузки цеха используем метод упорядоченных диаграмм. Данный метод применяется для массовых электроприемников. Он устанавливает связь рабочей нагрузки с режимом работы электроприемников на основе вероятностной схемы формирования графика групповой нагрузки.

Общие сведения о расчете электрических нагрузок

Нагрузка промышленных предприятий или отдельных цехов обычно состоит из электроприемников различной мощности. Поэтому все электроприемники цеха разбиваются на группы приемников однотипного режима работы с выделением в каждой группе характерных подгрупп электроприемноков с одинаковыми мощностями коэффициентами использования и коэффициентами мощности.

При определении электрических нагрузок применяем метод коэффициента использования максимума электрических нагрузок. Этот метод устанавливает связь расчетной нагрузки с режимами работы электроприемников (ЭП) на основе определенной вероятностной схемы формирования графика групповой нагрузки. Метод применяется в качестве основного для массовых ЭП.

Порядок определения расчетных нагрузок:

Все электрические приемники разбиваются на группы по значению коэффициента использования К и, коэффициента мощности cos , номинальной активной мощности Рн. Определяем по таблице 4.10 2 коэффициент использования и коэффициент мощности, по значению коэффициента мощности определяем tg.

Подсчитываем количество ЭП в каждой группе и по объекту в целом.

В каждой группе указывают минимальные и максимальные мощности при ПВ=100%, если ПВ <100%, то номинальная мощность определится по формуле:

где: Р пасп - мощность ЭП по паспорту, кВт;

ПВ - продолжительность включения.

Подсчитывается суммарная мощность всех ЭП по формуле:

P н =P нi ; (2)

Для каждой питающей линии определяется показатель силовой сборки m по формуле:

где: - номинальная мощность максимального потребителя, кВт;

Номинальная мощность минимального потребителя, кВт.

Средние нагрузки за наиболее загруженную смену силовых ЭП одинакового режима работы определяют по формулам:

где: Р см - средняя активная мощность одного или группы приемников за наиболее загруженную смену, кВт;

Р ном - номинальная мощность электрических приемников берем по таблице 1, кВт;

К и - коэффициент использования, берем по таблице 4.10 2;

Q см - средняя реактивная мощность одного или группы приемников за наиболее загруженную смену.

Для нескольких групп электроприемников определяем по формуле

Определяем средний коэффициент использования группы ЭП К и по формуле:

Эффективное число электрических приемников определяем по формулам исходя из следующих отношений.

При n5, К ис 0,2, m3 и Р ном const nэ определяется по формуле:

Формула 9 может использоваться также, когда ни один из ниже перечисленных случаев не подходит для расчета.

При n >5, К ис 0,2, m 3 и Р ном const принимаем nэ=n.

При n >5, К ис 0,2, m < 3 и Р ном const принимаем nэn.

При n 5, К ис 0,2, m 3 и Р ном const nэ определяется по формуле:

где: n* Э - относительное значение числа ЭП, значение которого находиться по таблице исходя из зависимости n* Э = f(n*; P*).

По формуле 10 находится n*:

где: n 1 - число ЭП в группе, мощность каждого из которых превышает значение максимальной мощности ЭП этой группы деленной на 2.

Р* определяется по формуле:

P ном - максимальная единичная мощность группы ЭП, кВт;

Р ном1 - суммарная номинальная мощность группы электроприемников мощность которых превышает значение максимальной мощности данной группы ЭП деленой на 2, кВт.

Максимальная активная мощность определяется по формуле:

где: Км - коэффициент максимума определяем по таблице 3,2 5 ;

Р ном - номинальная мощность электрического приемника.

Максимальная реактивная мощность определяется по формуле:

где: - коэффициент максимума реактивной мощности, при n Э? 10 =1, при n Э <10 -=1,1

Полная максимальная мощность определяется по формуле:

Максимальный ток определяется по формуле:

Распределяем нагрузку:

РП-1: ЭП № 1,2,3,4,5,6,7;

РП-2: ЭП № 17,18,19,21,22,23;

РП-3: ЭП № 8,9,12,13,14,15;

РП-4: ЭП № 23,24,25,26,29,30,31;

РП-5: ЭП № 10,11,16,27,28;

Определение расчетной нагрузки цеха

Для примера рассмотрим определение нагрузки на РП-1.

Таблица 2

1)Определяем среднюю нагрузку ЭП за наиболее загруженную смену по формулам (6),(7):

Р см.1 = 0,65 · 2 · 3 =3,9 кВт; Q см.1 = 0,75 · 3,9 = 2,92 кВАр;

Р см.2 = 0,35 · 2 · 76· v0,65 =42,9 кВт; Q см.2 = 1,73·42,9=74,2 кВАр;

Р см.3 = 0,12 · 1 · 4,4 =0,53 кВт; Q см.3 = 2,29·0,53=1,21 кВАр;

Р см.4 = 0,2 · 1 · 3 = 0,6 кВт; Q см.4 = 1,17· 0,6= 0,7 кВАр;

Р см.5 = 0,1 · 1 · 115,5·v0,4 =7,3 кВт; Q см.5 = 1,73· 14,6=12,6 кВАр.

2) Определяем К и группы по формуле (8):

3)Показатель силовой сборки по формуле (3) будет равен:

4) Так как n > 5, К и > 0,2, m >3, то n э =n=7

5) Коэффициент максимума определяем по таблице 4.3 2 . Более точное значение Км определяем с помощью метода интерполяции:

6) Максимальные активную и реактивную мощности определяем по формулам (13) и (14):

Р max = 1,89 55,22 =104,36 кВт.

Т.к. n Э <10, то принимаем значение К" М = 1,1:

Q max = 1,1 91,67= 100,84 кВАр.

Полную максимальную мощность находим по формуле 15:

Расчетный ток определяем по формуле 16:

Аналогично определяем расчетную нагрузку для остальных приемников и результаты расчета заносим в таблицу 2.

1) Все ЭП цеха разделяем на группы с одинаковыми режимами работы и определяем суммарную номинальную мощность цеха:

2) Определяем показатель силовой сборки:

3) Определяем суммарную нагрузку цеха за наиболее загруженную смену:

4) Определяем коэффициент использования нагрузки ЭП цеха:

5) Так как n > 5, К и > 0,2, m > 3, то n э =31.

6) Коэффициент максимума определяем по таблице 4.3 2 . Более точное значение Км определяем с помощью метода интерполяции:

где: К и1 К и2 , К м1 , К м2 - граничные значения коэффициентов К и и К м.

Определяем расчетные активные и реактивные мощности:

Так как, то принимаем значение:

8)Полная расчетная мощность:

9) Расчетный ток:

Результаты всех расчетов заносим в таблицу 2.

Таблица 2

	Коэфф. максимума	Макс. активная мощность	Макс.реактив- ная мощность Q MAX , кВАр	Макс. полная мощность		Коэфф. Использ.	Эффект. число ЭП n Э

Расчет освещения цеха

По данным исследований в современных условиях использование светодиодных прожекторов и промышленных светильников на производственных цехах очень эффективно, так как что соответствует всем требованиям по эксплуатации. Они являются и экономичным решением, так как позволяют около 2,5 раза сократить расходы на электричество. Особенно эффективны светодиодные прожекторы, обладающие узкой диаграммой распределения светового потока. Наиболее распространены и универсальные промышленные светильники.

Промышленные светодиодные светильники обладают рядом неоспоримых преимуществ, к которым относятся:

* они обеспечивают высокое КПД;

* обладают высокой устойчивостью к перепадам температур;

* не выделяют паров ртути и иных вредных веществ;

* Обладают высокой влагозащитностью и защитой от пыли;

* можно использовать в сложных климатических условиях, где обеспечивают моментальное включение и стабильную работу;

* экономичны и по содержанию электросетей;

* легки в установке;

* не требуют специального обслуживания;

* отличаются длительным сроком эксплуатации

При выборе источников света следует учитывать их достоинство, недостатки, и их экономичность.

Люминесцентные лампы по сравнению с лампами накаливания имеют более благоприятный спектр излучения, в 4-5 раз большую световую отдачу, более длительный срок службы и значительно меньшую слепящую яркость. Однако люминесцентные лампы нуждаются в пусковой аппаратуре, они создают пульсацию светового потока, плохо зажигаются при низких температурах, имеют меньшую надежность.

Определим световой поток необходимый для создания нормального рабочего освещения в помещении цеха. Для расчета используем метод коэффициентов использования светового потока.

Рабочее освещение является основным видом освещения. Оно предназначено для создания нормальных условий видения в данном помещении и выполняется, как правило, светильниками общего освещения.

Аварийное освещение служит для продолжения работы или эвакуации людей при погашении рабочего освещения. Оно должно обеспечивать на рабочих местах освещенность не менее 5% установленной для нормальных условий. Габариты цеха - 36 х 24 м.

Для освещения примем промышленные светодиодные светильники

GSSN-200, параметры которых указанны в приложении.

Рассчитаем освещение цеха:

Высота помещения составляет 7 м. Высота расчетной поверхности над полом составляет h р = 1,5 м. Расчетную высоту можно определить по формуле:

H Р = h п - h р - h c м.; (18)

H Р = 7 - 1,5 -1 = 4,5 м.;

Для определения расстояния между рядами светильников воспользуемся формулой:

L = Н Р L опт, м.; (19)

где: L опт - светотехнически наивыгоднейшее оптимальное относительное расстояние между светильниками, табл. 2.1 [Л.7]

L = 4,5 1,2 = 5,4 м.;

L опт =0,8ч1,2-глубокая

Тогда число рядов светильников можно определить по формуле:

где: В - ширина расчетного помещения, м.

Примем число рядов светильников n р = 5.

Определяем фактическое расстояние между рядами по формуле:

где: L СТ.В - расстояние от крайнего ряда светильников до стены,(м). Принимаем L СТ.В =2 м.

Число светильников определяется как:

где Ф 1 - поток ламп в каждом светильнике.

Коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, для светодиодных ламп z = 1.

Для определения коэффициента использования находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения: потолка - п, стен - с, расчетной поверхности или пола - р, (таблица 2.13[Л.7]) Определяем. Индекс находится по формуле:

где: A - длина расчетного помещения, м.

По таблице 2,15 [Л.7] определяем = 37%

Коэффициент запаса k примем равным k = 1,5 (по таблице 2.16 [Л.7])

Площадь помещения определяется по формуле:

S = A B, м 2 (23)

S = 36 24 = 864 м 2

Заданную минимальную освещенность определяем по табл. 4-1 [Л.3] для зрительной работы средней точности общее освещение E = 200 лк.

Для освещения принимаем лампы GSSN-200 со световым потоком 24000 лм. Определим число светильников по формуле 21:

Тогда число светильников в ряду. Принимаем N св.ряд =7 N св =35.

Найдем расстояние между светильниками в одном ряду по формуле:

где: А- длина помещения без учета толщины стен,

L А. СТ - расстояние от первого светильника в ряду определяем по формуле:

Схема размещения осветительных приборов по территории цеха представлена на рисунке 3.

Активная установленная мощность освещения:

P уст. = N Р о.п , (27)

где: P о.п. - мощность лампы, 200 Вт;

P уст.. =35 200 = 7 кВт

Реактивная установленная мощность освещения:

где: tg = 0,25 для светодиодных ламп.

Определим полную мощность освещения:

Расчет суммарной нагрузки цеха

Полная расчетная мощность цеха с учетом освещения:

Расчетный ток цеха с учетом освещения:

Электрические нагрузки определяют выбор всей системы электроснабжения. Для их расчета используют метод коэффициента спроса и метод упорядочения диаграмм. Первый метод обычно используется на стадии проектного задания, когда неизвестны мощности отдельных электроприемников (ЭП) .

Метод упорядочения диаграмм или метод коэффициента максимума является основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения. Он позволяет по номинальной мощности ЭП с учетом их числа и характеристик определить расчетную нагрузку любого узла схемы электроснабжения. По этому методу расчетная максимальная нагрузка группы ЭП:

Групповая номинальная мощность Р н определяется как сумма номинальных мощностей ЭП за исключением резервных.

Коэффициент использования К и одного или группы ЭП (табл. 2.1) характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности одного или группы ЭП за наиболее загруженную смену к номинальной мощности.

Коэффициент максимума К м представляет собой отношение расчетного максимума активной мощности нагрузки группы ЭП к средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену.

Для группы ЭП одного режима работы средние активная и реактивная нагрузки за наиболее нагруженную смену определяются:

;
. (2.2)

Номинальная мощность п однотипных ЭП

. (2.3)

Таблица 2.1

Расчетные коэффициенты электрических нагрузок

Электроприемники
Насосы, компрессоры
Вентиляторы производственные, воздуходувки, дымососы
Сварочные трансформаторы: ручной электросварки
автоматической сварки
Печи сопротивления
Лампы накаливания
Люминесцентные лампы
Краны мостовые, кран-балки, тельферы, лифты

Для потребителей с переменной нагрузкой (группа А) расчетную активную нагрузку Р р (А) группы ЭП отделения (участка, цеха) определяют с учетом коэффициента максимума К м и средней нагрузки отделения:

, (2.4)

где К м (А) – определяется в зависимости от эффективного числа ЭП n э и от группового коэффициента использования К и за наиболее загруженную смену (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Коэффициенты максимума К м для различных коэффициентов использования

в зависимости от n э

	Значение К м при К и

Средневзвешенный коэффициент использования отделения ЭП группы А

, (2.5)

где Р н (А) – суммарная номинальная активная мощность ЭП группы

;

Р см (А) – суммарная среднесменная активная мощность ЭП группы А

.

Эффективное число ЭП группы А находится по формуле

, (2.6)

или по упрощенным выражениям .

Расчетная реактивная нагрузка группы ЭП с переменной нагрузкой для отделения и в целом по цеху определяется с учетом приведенного числа ЭП:

при n э >10
, (2.7)

при n э £10
. (2.8)

Для потребителей группы Б с постоянным графиком нагрузки (К м = 1) нагрузка группы ЭП равна средней нагрузке за наиболее загруженную смену. Расчетные активные и реактивная мощности ЭП группы Б отделения:

;
. (2.9)

К таким ЭП могут быть отнесены, например, электродвигатели насосов водоснабжения, вентиляторов, нерегулируемых дымососов, компрессоров, воздуходувок, нерегулируемых печей сопротивления.

После определения нагрузок отделений находится расчетная нагрузка по цеху:

,
, (2.10)

где Р см j , Q см j – активная и реактивная нагрузки ЭП j -го отделения; m – количество отделений.

Расчетная активная и реактивная мощности цеха:

кВт;
кВ∙Ар. (2.11)

При наличии в цехе однофазных ЭП, распределенных по фазам с неравномерностью £ 15 % они учитываются как трехфазные той же суммарной мощности. В противном случае расчетная нагрузка однофазных ЭП принимается равной тройной величине нагрузки наиболее загруженной фазы .

При числе однофазных ЭП до трех, их условная трехфазная номинальная мощность определяется:

а) при включении однофазного ЭП на фазное напряжение при трехфазной системе

где S n – паспортная мощность; Р н.ф. – номинальная мощность максимально нагруженной фазы;

б) при включении одного ЭП на линейное напряжение

. (2.13)

Максимальные нагрузки однофазных ЭП при числе их более трех при одинаковом К и и cosj, включенных на фазное или линейное напряжение, определяются:

;
. (2.14)

Для определения электрических нагрузок цеха составляется сводная ведомость (табл. 2.3) с заполнением всех расчетных данных.

Таблица 2.3

Сводная ведомость электрических нагрузок цеха

Наименование характерной группы ЭП	Количество ЭП	Установленная мощность ЭП, приведенная к ПВ = 100 %		Коэффициент использования К и		Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену				Максимальная расчетная мощность
		одного, кВт	общая, кВт			Р см,	Q см, кВт			Р м, кВт	Q м, кВ∙Ар

Осветительные нагрузки рассчитываются приближе6нным методом по удельной мощности на освещаемую площадь.

;
(2.15)

где Р удо – удельная расчетная мощность на 1 м 2 производственной площади отделения (F );

К со – коэффициент спроса освещения (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Расчетные коэффициент К и, cоsj, Р уд0 и К со отдельных цехов промышленных предприятий

	Наименование цехов				Р уд0 ,
	Компрессорные
	Насосные
	Котельные
	Сварочный цех
	Электроцех
	Сборочные цехи
	Механические
	Административно-бытовые помещения

При использовании известных значений удельной мощности общего равномерного освещения в зависимости от типа светильника и, исходя из оптимального их расположения в помещении, определяется мощность одной лампы .

Для освещения основных цехов с высотой более 6 м и при наличии открытых пространств используются газоразрядные лампы типа ДРЛ с cosj = 0,58. Для административных и бытовых помещений применяются люминесцентные лампы с cosj = 0,85, для освещения мелких помещений используются лампы накаливания с cosj = 1.

Полная расчетная нагрузка цеха определяется суммированием расчетных нагрузок силовых и осветительных групп электроприемников

По величине полной расчетной нагрузки подбирается трансформатор с учетом компенсации реактивной мощности.

Примечание : примеры по определению электрических нагрузок представлены в .