Повышение уровня электрификации производства и эффективности использования энергии основано на дальнейшем развитии энергетической базы, непрерывном увеличении электрической энергии. В настоящее время при наличии мощных электрических станций, объединённых в электрические системы, имеющие высокую надёжность электроснабжения, на многих промышленных предприятиях продолжается сооружение электростанций. Необходимость их сооружения обуславливается большой удалённостью от энергетических систем, потребностью в тепловой энергии для производственных нужд и отопления, необходимостью резервного питания ответственных потребителей. Проектирование систем электроснабжения ведётся в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования вопросы электроснабжения предприятий получили форму типовых решений. В настоящее время разработаны методы расчётов и проектирования цеховых сетей, выбора мощности цеховых трансформаторов, методика определения цеховых нагрузок и т. д. В связи с этим большое значение приобретают вопросы подготовки высококвалифицированных кадров, способных успешно решать вопросы проектирования электроснабжения и практических задач.
В данном курсовом проекте будет рассмотрена схема трансформаторной подстанции описание ее работы. Так же будет произведен расчет выбора наиболее оптимального трансформатора.
Целью курсового проекта является: выбор и обоснование схемы электроснабжения и устанавливаемого электрооборудования для проектируемого объекта.
Объект исследования: ремонтно-механический цех
Предмет исследования: этапы расчета и выбор системы электроснабжения ремонтно-механического цеха.
Гипотеза: при разработке электрической схемы ремонтно-механического цеха найден оптимальный вариант, обеспечивающий надежную бесперебойную работу электрооборудования с учетом безопасности ее обслуживания.
Для реализации поставленной цели и проверки гипотезы поставлены следующие задачи:
Произвести выбор числа и мощности трансформаторов питающей подстанции;
Спроектировать однолинейную схему электроснабжения производственного цеха.
1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1 Характеристика объекта
Производственный цех занимается изготовлением различных деталей и металлоконструкций, необходимых для основного производства. В состав цеха входят различные металлообрабатывающие станки, сварочное и грузоподъёмное оборудование, вентиляторы. Мощность электроприёмников цеха составляет от 5 до 30 кВт. Электроприёмники работают в длительном (металлообрабатывающие станки, вентиляторы) и в повторно кратковременном режимах (грузоподъёмное оборудование). Электроприёмники цеха работают на переменном 3-х фазном токе (металлообрабатывающие станки, вентиляторы, грузоподъёмное оборудование) и однофазном токе (освещение). Электроприёмники цеха относятся к третьей категории по требуемой степени надёжности электроснабжения. Окружающая среда в цехе нормальная, поэтому всё оборудование в цехе выполнено в нормальном исполнении. Площадь цеха составляет 367м 2
Характеристика электрооборудования в табл. 1.1
Таблица 1. 1
Станок карусельный с ЧПУ
Кран — балка ПВ = 40%
Кран — балка ПВ = 40%
На рис.1.1 представлен план проектируемого цеха
Рис.1.1 План проектируемого цеха
1.2 Описание схемы электроснабжения
Электроснабжение производственного цеха осуществляется от однотрансформаторной подстанции 6/0,4кВ с мощностью трансформатора 160 кВА. В свою очередь ТП6/0,4 кВ питается по кабельной линии ААБ 3х10, проложенной в земле, от вышестоящей двух трансформаторной подстанции 110/6кВ с трансформаторами мощностью 2500кВА каждый, которая запитывается от энергосистемы по одноцепной воздушной линии А-70.
На стороне 6кВ ТП 6/0,4 в качестве защитного коммутационного оборудования установлены масляные выключатели и разъединители.
На стороне 0,4 кВ в качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания установлены предохранители
3 Конструкция силовой и осветительной сети
Для приема и распределения электроэнергии в производственном цехе установлены распределительные щиты.
Электроприёмники запитываются от ШР проводом, проложенным в трубах
В качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания применены предохранители
Освещение цеха выполнено 28-ю светильниками РКУ с ртутными лампами высокого давления мощностью 400Вт
Осветительные сети выполняются проводом АПВ-2,5мм² проложенным в трубе
Питание рабочего освещения производится от осветительного щитка ОЩВ-12, в котором в качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания и перегруза установлены автоматические выключатели
2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
1 Расчёт освещения
Расчет освещения проводится по методу коэффициента использования светового потока. Расчет покажем на примере участка I. В качестве источника света примем к установке лампы ДРЛ мощностью 400 Вт
Число источников света определяется по формуле:
где Е норм — нормированная освещённость, Е норм = 300лк — коэффициент, учитывающий снижение светового потока при эксплуатации, Z = 1,1
К з — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения светового потока на освещаемой поверхности, К з = 1,5 — площадь помещения, м²
Ф л — световой поток одной лампы, Ф л = 22000 лм, — коэффициент использования светового потока определяется в зависимости от типа светильника, лампы, коэффициентов отражения и показателя помещения i
Показатель помещения находим по формуле:
где i — показатель помещения
А — длина помещения, м
В — ширина помещения, м
Н р — высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м
Для светильника РКУ при ρ n = 50%; ρ c = 30%; ρ p = 10% и i = 1,34 u =0,48
где ρ n — коэффициент отражения от потолка, %
ρ c — коэффициент отражения от стен, %
ρ p — коэффициент отражения от рабочей поверхности, %
определяем по формуле (1) число ламп:=
Находим число светильников аварийного освещения (25% от рабочего):
Устанавливаем 8 светильников в 2 ряда по 4шт в ряду
Для остальных участков расчёт аналогичен, результаты сведены в табл. 2.1.
Площадь участка, м²
2 Расчёт электрических нагрузок
Расчёт ведётся по узлу нагрузки методом упорядоченных диаграмм по следующему алгоритму
а) Все приёмники данного узла нагрузки делятся на характерные технологические группы
б) Для каждой группы по находят коэффициент использования Ки, коэффициент активной мощности cosφ и реактивной по формуле:
в) Находим установленную мощность для каждой группы электроприёмников по формуле:
где N — число приёмников ном — номинальная мощность приёмников, кВт
г) Для каждой технологической группы находят среднесменную активную Р см и среднесменную реактивную Q см мощности по формулам:
Р см = К и · Р уст (2.5) см = P см · tgφ(2.6)
д) По данному узлу нагрузки находят суммарную установленную мощность, суммарную среднесменную активную мощность и суммарную среднесменную реактивную мощность: ΣР уст; ΣР см; ΣQ см
е) Определяют групповой коэффициент использования по формуле:
К и.гр = ΣР см / ΣQ см (2.7)
где ΣР см — суммарная среднесменная активная мощность, кВт;
ΣQ см — суммарная среднесменная реактивная мощность, кВар
ж) Определяют модуль нагрузки по формуле:
где Р ном.max — активная номинальная мощность наибольшего приёмника в группе, кВт
Р ном.min — активная номинальная мощность наименьшего приёмника в группе, кВт
з) Определяют эффективное число приёмников по условию:
если m ≤ 3, n ≥ 4, то n э = n; при m> 3, К и.гр 10, то Q м = ΣQ см (2.14)
где L м — коэффициент максимума реактивной мощности, L м = 1,1
м) Определяют полную расчётную нагрузку S м по формуле:
н) Определяем расчетный ток I по формуле:
где U — номинальное напряжение электроприёмников, кВ
Активная расчётная нагрузка освещения определяется по формуле:
Р р.о = К с · Р уст (2.17)
где К с — коэффициент спроса, К с = 0,8
Р уст = 28 · 0,4 = 11,2 кВт
Р р.о = 0,8 · 11,2 = 8,96 кВт
По формуле (2.3) находим: tgφ = 0,62
по формуле (2.6) находим расчётную реактивную осветительную нагрузку:
Q р.о = 8,96 · 0,62 = 5,6 кВАр
Полная нагрузка на шинах 0,38 кВ ТП определяется по формуле:
р = √ (P м∑ + Р р.о)² + (Q м∑ + Q р.о)² (2.18)
где P м∑ — суммарная силовая нагрузка на шинах 0,38 кВ ТП, кВт м∑ — суммарная реактивная нагрузка на шинах 0,38кВ ТП, кВАр
Результаты расчёта для всех узлов нагрузки сведены в табл. 2.2
Наим. узла гр. ЭП
1) станки фрезерные
2) станок токарный
3) станок карус. с ЧПУ
4) кран-балка ПВ=40%
1) станки фрезерные
1) станки токарные
3) кран-балка ПВ=40%
На шинах 0,38 ТП
2.3 Компенсация реактивной мощности
Мощность компенсирующего устройства вычисляется по формуле:
ку = α · ΣР расч (tgφ ср.взв -tgφ с) (2.19)
где α — коэффициент, учитывающий возможность компенсации реактивной мощности естественными способами, α = 0,9
ΣР расч — суммарная расчётная активная нагрузка, кВт
tgφ с — коэффициент реактивной мощности, который необходимо достичь после компенсации реактивной мощности, по заданию: tgφ с = 0,45.
tgφ ср.взв — средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности, вычисляется по формуле:
где ΣQ расч — суммарная расчётная реактивная нагрузка
Полная расчётная нагрузка на шинах 0,38 кВ трансформаторной подстанции с учётом компенсации реактивной мощности вычисляется по формуле:
4 Выбор числа и мощности трансформаторов питающей подстанции
Так как электроприёмники производственного цеха относятся к потребителям 3 категории по требуемой степени надёжности электроснабжения, то на подстанции можно установить 1 трансформатор
В соответствии с нагрузкой намечаем 2 варианта мощности трансформаторов:
вар — 1 X 160 кВА
вар — 2 X 63 кВА
Покажем расчёт на примере 2 варианта
Проверяем трансформаторы по нормальному режиму. Находим
коэффициент загрузки трансформаторов:
где S нагр — полная мощность нагрузки, кВА- число устанавливаемых трансформаторов ном.тр — номинальная мощность одного трансформатора, кВ·А
Проверяем работу трансформаторов в аварийном режиме. Масляные трансформаторы допускают в аварийном режиме перегрузку на 40% 6 часов в сутки в течении 5-ти суток
При отключении одного трансформатора, второй с учётом допустит перегрузки:
Дефицит мощности составит:
1 — 88,2 = 26,9 кВА
но т.к. электроприёмники являются потребителями 3-ей категории по надёжности электроснабжения, то часть их можно на время аварии отключить
Проверяем работу трансформаторов по экономически целесообразному режиму
Определяем стоимость потерь энергии по формуле:
С n =С о ·N·T м [(ΔР х.х +К и.п ·I х.х ·)+К з 2 ·(ΔР к.з +К ип ·U к ·] (2.23)
где С о — стоимость одного кВт·ч, на текущий 2013г, С о = 0,81 тн/кВт·ч
Т м — число использования максимума нагрузки, ч
К и.п — Коэффициент изменения потерь, К и.п = 0,03 кВт/кВАр
ΔР х.х — потери мощности холостого хода, ΔР х.х = 0,24кВт х.х — ток холостого хода, I х.х = 2,8%
ΔР к.з — потери мощности короткого замыкания, ΔР к.з = 1,28кВт к — напряжение короткого замыкания, U к = 4,5%
Определяем капитальные затраты по формуле:
где С тр — стоимость трансформатора, С тр = 31 тн
Находим амортизационные затраты С а:
где К а — коэффициент учитывающий отчисления на амортизацию и эксплуатацию, для трансформаторов К а = 0,12
Находим суммарные ежегодные затраты:
С ∑ = С n + С а (2.26)
Для первого варианта результаты сведены в табл. 2.3
Вариант 1 — 1 x 160 кВ·А
Вариант 2 — 2 x 63 кВ·А
Так как С ∑II > С ∑I и К II > К I , то выбираем I вариант — 1 X 160 кВА, как более экономичный
5 Выбор места расположения питающей подстанции
Место расположения ШР определяется по картограммам нагрузок в зависимости от мощности, запитанных от него электроприёмников.
Распределительные шкафы и цеховую трансформаторную подстанцию целесообразно устанавливать в центре электрических нагрузок (ЦЭН). Координаты ЦЭН определяют по формуле:
где Хi — координата i — го электроприёмника по оси абсцисс, м;- координата i — го электроприёмника по оси ординат, м;
Р ном.i — номинальная мощность i — го электроприёмника, кВт.
Расчёт покажем на примере ШР — 1:
Х цэн = = 26,1м цэн == 8,1м
Для остальных расчет аналогичный результаты сведены в таблице 2.4
2.6 Расчёт сети 0,38 кВ
цех электроснабжение освещение трансформатор
Выбор аппаратов защиты
Выбор сечения проводника для отдельного электроприёмника покажем на примере токарного станка №13. Сечение питающего проводника выбираем по допустимому нагреву:
где I доп — допустимый ток проводника, определяется сечением
токоведущей жилы, ее материалом, количеством жил, типом изоляции и условиями прокладки, А
Расчётный ток определим по формуле:
данному току соответствует провод АПВ — 2,5 мм² с I доп = 19А
Проверяем выбранное сечение по допустимым потерям напряжения:
где ∆U доп — допустимые потери напряжения, ∆U доп = 5%
∆U р — расчётные потери напряжения, %
где L — длина проводника, км o — активное сопротивление 1км проводника, r o = 3,12Ом/км,
x o — реактивное сопротивление 1км проводника, x o = 3,12Ом/км,
т.к. ∆U р U ном (2.33) ном.пр > I р (2.34) пл.вс > I пик / α(2.35)
где U ном.пр — номинальное напряжение предохранителя, В ном.пр — номинальный ток предохранителя, А пл.вс — номинальный ток плавкой вставки, А пик — пиковый ток, А
α — коэффициент, учитывающий условия пуска, α = 2,5
пик = К п ∙ I р (2.36)
где К п — кратность пускового тока по отношению к току нормального режима
К п = 5 пик = 19∙5 = 95А ном.пр > 380В ном.пр > 19А пл.вс > 95/2,5 = 38А
Выбираем предохранитель ПН — 2, I ном = 100А I пл.вс = 40А
Проверяем выбранный провод на соответствие выбранному предохранителю по условию:
доп ≥ К з ∙ I з (2.37)
где К з — кратность допустимого тока проводника по отношению к току срабатывания аппарата защиты, К з = 1
I з — ток срабатывания защиты, А
т.к. 19 U ном. (2.47) ном.р > I расч. (2.48) а. ≥ i y. (2.49)
I t ² ∙ t> I к 2 ∙ t пр (2.50)
где U ном.р — номинальное напряжение разъединителя
I ном.р — номинальный ток разъединителя а — амплитудное значение предварительного сквозного тока к.з t — предельный ток термической стойкости- время, в течении которого разъединитель выдерживает предельный ток термической стойкости
Номинальные данные разъединителя находим по
Выбор выключателя производим по следующим условиям:
ном.в = U ном (2.51) ном.в > I р (2.52) а. ≥ i y (2.53) t ² ∙ t > I к 2 ∙ t пр (2.54) отк > I к (2.55) отк ≥ S к (2.56)
где U ном.в — номинальное напряжение выключателя, кВ ном.в — номинальный ток выключателя, А отк — номинальный ток отключения выключателя, кА отк — мощность отключения выключателя, МВА
отк = ∙ I отк ∙ U ном.в (2.57)
Номинальные данные масляного выключателя находим . Результаты выбора представлены в табл. 2.6
3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ОХРАНА ТРУДА
1 Организационные и технические мероприятия безопасного проведения работ с электроустановками до 1 кВ
Для безопасного проведения работ должны выполняться следующие организационные мероприятия:
назначение лиц, ответственных за безопасное ведение работ;
выдача наряда и распоряжения;
выдача разрешения на подготовку рабочих мест и на допуск;
подготовка рабочего места и допуск;
надзор при выполнении работы;
оформление перерывов в работе и её окончание.
Все работы, как со снятием напряжения, так и без него вблизи или на токоведущих частях должны выполняться по наряду-допуску или по распоряжению, поскольку обеспечение их безопасного выполнения требует специальной подготовки рабочего места и выполнения определённых мер. Исключение составляют кратковременные и небольшие по объёму работы, выполняемые дежурным или оперативно-ремонтным персоналом в порядке текущей эксплуатации. Их продолжительность не должна превышать 1 ч.
Подготавливающим рабочее место и допускающим может быть один работник.
Нарядом является составленное на специальном бланке задание на безопасное производство работы, определяющее содержание работы, места, время её начала и окончания, необходимые меры безопасности, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность выполнения работы. Наряд может быть выдан на срок до 15 суток.
Распоряжение является заданием на безопасное производство работы, определяющее содержание работы, места, время, меры безопасности лиц, которым поручено её выполнение. Распоряжение может быть устным и письменным, оно имеет разовый характер. Работы продолжительностью до 1 ч разрешается выполнять по распоряжению ремонтному персоналу под надзором дежурного или лица из числа оперативно-ремонтного персонала, а также самому дежурному или оперативно-ремонтному персоналу. При этом старшее лицо, выполняющее работу или ведущее надзор, должно иметь квалификационную группу IV в электроустановках напряжением выше 1000 В. Если продолжительность этих работ свыше 1 ч или они требуют участия более трёх человек, то они оформляются нарядом.
Выдающий наряд, распоряжение устанавливает возможность безопасного выполнения работы. Он отвечает за достаточность и правильность указанных в наряде мер безопасности, за качественный и количественный состав бригады и назначение ответственных лиц, а также за соответствие выполняемой работе групп по электробезопасности перечисленных в наряде работников. Право выдачи нарядов и распоряжений предоставляется работникам из административно-технического персонала предприятия и его структурных подразделений, имеющим группу V.
Руководитель работ отвечает за выполнение всех указанных в наряде мер безопасности и их достаточность, полноту и качество инструктажа бригады, проводимого допускающим и производителем работ, а также организацию безопасного ведения работы. Руководителями работ должны назначаться инженерно-технические работники с группой V.
Лицо, дающее разрешение на подготовку рабочих мест и на допуск, несёт ответственность за достаточность предусмотренных для работы мер по отключению и заземлению оборудования и возможность их осуществления, а также за координацию времени и места работы допускаемых бригад. Давать разрешение на подготовку рабочих мест и на допуск имеют право работники из дежурного персонала с группой IV в соответствии с должностными инструкциями, а также работники из административно-технического персонала, уполномоченные на это указанием по предприятию.
Лицо, подготавливающее рабочее место, отвечает за правильное и точное выполнение мер по подготовке рабочего места, указанных в наряде, а также требуемых по условиям работы (установка замков, плакатов, ограждений).
Подготавливать рабочие места имеют право дежурный или работники из оперативно-ремонтного персонала, допущенные к оперативным переключениям в данной электроустановке.
Допускающий отвечает за правильность и достаточность принятых мер безопасности и соответствие их мерам, указанным в наряде, характеру и месту работы, за правильный допуск к работе, а также за полноту и качество проводимого им инструктажа. Допускающий должен назначаться из дежурного или оперативно-ремонтного персонала. В электроустановках выше 1000В допускающий должен иметь группу IV. Производитель работ, выполняемых по наряду в электроустановках выше 1000В, должен иметь группу IV. Наблюдающий должен назначаться для надзора за бригадами работников, не имеющих права самостоятельно работать в электроустановках. Наблюдающими могут назначаться работники с группой III.
Каждый член бригады обязан выполнять правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок и инструктивные указания, полученные при допуске к работе и во время работы, а также требования местных инструкций по охране труда.
При проектировании ремонтно-механического цеха получены следующие результаты:
1. Выбран вариант схемы электроснабжения, разработана схема распределительной сети электроснабжения
2. В соответствии с силовой и осветительной нагрузками с учетом экономических показателей для электроснабжения производственного цеха необходимо установить на питающей подстанции 6/0,4кВ один трансформатор мощностью 160кВА
Силовые сети 0,38кВ целесообразно выполнить кабелем марки ААБ, проложенным по кабельным конструкциям, и проводом АПВ, проложенным в трубах в полу
В качестве аппарата защиты необходимо выбрать предохранители
5.Приведены организационно технические мероприятия по охране труда при проведении работ в электроустановках до 1 кВ