Проектирование системы электроснабжения механического цеха
Проектирование системы электроснабжения механического цеха
Введение
Электрификация
обеспечивает выполнение задачи широкой комплексной механизации и автоматизации
производственных процессов, что позволяет усилить темпы роста
производительности общественного труда, улучшить качество продукции и облегчить
условия труда. На базе использования электроэнергии ведется техническое
перевооружение промышленности, внедрение новых технологических процессов и
осуществление коренных преобразований в организации производства и управлении
им. Поэтому в современной технологии и оборудовании промышленных предприятий
велика роль электрооборудования, т.е. совокупности электрических машин,
аппаратов, приборов и устройств, посредством которых производится
преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается
автоматизация технологических процессов.
Электромашиностроение
– одна из ведущих отраслей машиностроительной промышленности. Процесс
изготовления электрической машины складывается из операций, в которых
используется разнообразное технологическое оборудование. При этом основная
часть современных электрических машин изготовляется методами поточно-массового
производства. Специфика электромашиностроения заключается главным образом в
наличии таких процессов, как изготовление и укладка обмоток электрических
машин, для чего применяется нестандартизированное оборудование, изготовляемое
обычно самими электромашиностроительными заводами.
Электромашиностроение
характерно многообразием процессов, использующих электроэнергию: литейное
производство, сварка, обработка металлов и материалов давлением и резанием,
термообработка и т.д. Предприятия электромашиностроения широко оснащены
электрифицированными подъемно-транспортными механизмами, насосными,
компрессорными и вентиляторными установками.
Современная
энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и
распределения электроэнергии. Для обеспечении подачи электроэнергии от энергосистем
к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы
электроснабжения состоящие из сетей напряжением до 1000 В и выше и трансформаторных,
преобразовательных и распределительных подстанций. Для передачи электроэнергии
на большие расстояния используются сверхдальние линии электропередач (ЛЭП) с
высоким напряжением: 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока.
В современных
многопролетных цехах автомобильной промышленности широко используют комплектные
трансформаторные подстанции (КТП), комплектные распределительные установки
(КРУ), силовые и осветительные шинопроводы, аппараты коммутации, защиты,
автоматики, контроля, учета и так далее. Это создает гибкую и надежную систему
электроснабжения, в результате чего значительно уменьшаются расходы на электрообеспечение
цеха.
Автоматизация
затрагивает не только отдельные агрегаты и вспомогательные механизмы, но во все
большей степени целые комплексы их, образующие полностью автоматизированные
поточные линии и цехи.
Первостепенное
значение для автоматизации производства имеют многодвигательный электропривод и
средства электрического управления. Развитие электропривода идет по пути
упрощения механических передач и приближения электродвигателей к рабочим
органам машин и механизмов, а так же возрастающего применения электрического
регулирования скорости приводов.
Целью
настоящего дипломного проекта является проектирование электроснабжения
механического цеха №5. Основной задачей настоящего проекта является
проектирование надежного бесперебойного электроснабжения приемников цеха с
минимальными капитальными затратами и эксплуатационными издержками и обеспечение
высокой безопасности.
1. Расчетно-технологическая
часть
1.1 Общая характеристика
технологического процесса проектируемого цеха
Механический цех относится
к основному производству машиностроительного предприятия. В нем выполняются
операции по обработке деталей после отливки и доведение их до завершенного
состояния с последующей отправкой в цех сборки. Преобладает оборудование по
обработке металлов резанием. Присутствуют станки массового производства с ЧПУ,
а также поточные конвейерные и автоматические линии.
Цех состоит
из четырех пролетов, шириной по 12 м. Согласно требуемой технологии
обработки изделий цех оснащен современным технологическим оборудованием – это
металлорежущие станки, электропечи, точечные и шовные сварочные машины. Имеется
общепромышленное оборудование – это подъемно-транспортные механизмы, насосы,
вентиляторы
1.2 Характеристика
потребителей электрической энергии. Выбор напряжения и схемы электроснабжения
приемников цеха
Основными
потребителями электрической энергии механического цеха являются металлорежущие
станки, точечные и шовные сварочные машины, насосы, вентиляторы, электропечи и
краны. Цех оснащен станками различного назначения: токарные, сверлильные,
шлифовальные, фрезерные, плоско и круглошлифовальные, заточные,
координатно-расточные, МРС с ЧПУ и другие.
Согласно
Правилам Устройства Электроустановок электроприемники по бесперебойности
электроснабжения относятся ко II и III категории. Электроприемники работают в
повторно-кратковременном (ПКР) и длительном режимах.
Важной
технической задачей, которую нужно решать при проектировании электроснабжения,
является выбор напряжения силовой и осветительной сети. От правильности выбора
будут зависеть потери напряжения, электроэнергии и многие другие факторы. Выбор
напряжения основывается на сравнении технико-экономических показателей
различных вариантов. При выборе напряжения для питания силовых и осветительных
потребителей следует отдавать предпочтение варианту с более высоким
напряжением, так как чем больше величина U, тем меньше ток в проводах, тем
меньше сечение, меньше потери мощности и энергии.
Согласно
Правилам Устройства Электроустановок и Правилам Технической Эксплуатации в
Российской Федерации для электроустановок с U ≤ 1000 В приняты
следующие стандартные напряжения переменного тока: 110 В, 220 В, 380 В, 660 В. Наибольшее
распространение на предприятиях машиностроительной промышленности получила
система трехфазного тока напряжением 380/220 В частотой 50 Гц с глухозаземленной
нейтралью. Широко используется так же система напряжения 660/380 В.
Для
проектируемого цеха применяем систему трёхфазного переменного тока с
напряжением 380/220 В с глухозаземлённой нейтралью, что позволяет питать от
одних и тех же трансформаторов силовые и осветительные нагрузки. Силовые потребители
питаются напряжением 380 В, а освещение напряжением 220 В. Согласно
требований Техники Безопасности питание цепей управления и местного освещения
осуществляется пониженным напряжением: Цепи управления питаются напряжением 110
В, освещение 12 В или 24.
При питании
силовой и осветительной сети от однотрансформаторной ТП возникает мигание света
осветительных приборов, так как происходит запуск мощных двигателей и возникают
большие пусковые токи. Поэтому питание осуществляют от двухтрансформаторной
КТП. Силовые приемники с большими и частыми пиковыми нагрузками нужно
подключить к одному из трансформаторов КТП, а более «спокойную» нагрузку к
другому трансформатору. В этом случае рабочее освещение необходимо запитывать
от трансформатора со «спокойной» нагрузкой, а аварийное освещение от
трансформатора с «неспокойной» нагрузкой, с тем чтобы обеспечить надлежащее
качество рабочего освещения.
Выбор схемы
электроснабжения приемников цеха зависит от многих факторов:
·
мощности
отдельных потребителей;
·
расположения
потребителей;
·
площади
цеха;
·
технологического
процесса цеха, определяющего категорию электроприемников по бесперебойности
электроснабжения.
Система
электроснабжения должна удовлетворять следующим требованиям:
·
удобство
и надежность обслуживания;
·
надлежащее
качество электроэнергии;
·
бесперебойность
и надежность электроснабжения как в нормальном, так и в аварийном режиме;
·
экономичность
системы, то есть наименьшие капитальные затраты и эксплуатационные издержки;
·
гибкость
системы, то есть возможность расширения производства без существенных
дополнительных затрат.
Для передачи
и распределения электроэнергии к цеховым потребителям применяем наиболее
совершенную схему блока «трансформатор – магистраль», что удешевляет и упрощает
сооружение цеховой подстанции. Такие схемы очень распространены и обеспечивают
гибкость системы и ее надежность, а также экономичность в расходе материалов.
Электроснабжение
выполняется магистральными шинопроводами, запитываемыми непосредственно от РУ –
0,4 цеховой КТП, к которым присоединяются распределительные шинопроводы, а от
них радиальными линиями осуществляется питание всех электроприемников.
Ответвления от ШМА к ШРА и от ШРА к отдельным приемникам выполняются проводами
в тонкостенных трубах
1.3 Расчет
осветительной и силовой нагрузки
1.3.1 Расчет мощности на
электроосвещение цеха
Достаточная освещённость рабочей поверхности –
это необходимое условие для обеспечения нормальной работы человека и высокой
производительностью труда.
Для
проектируемого цеха принимаем систему комбинированного освещения, состоящего из
общего равномерного и местного освещения.
Расчёт
мощности ведём методом «удельных мощностей». Суть этого метода в том, что установленная
мощность светильников зависит от нормируемой освещённости цеха, высоты подвеса
светильника, площади освещаемой поверхности, коэффициентов отражения потолка,
рабочей поверхности и стен.
Освещение в
цехе производим лампами ДРЛ. Согласно заданию среда в цехе нормальная,
принимаем тип светильника УПДДРЛ. [1]
Норма
освещённости согласно СНиП цехов машиностроительных заводов при освещении их
лампами ДРЛ и люминесцентными лампами в зависимости от типа производства может
лежать в пределах от 100 – 300 Лк.
Норму освещённости для
производственных помещений цеха принимаем Енор. = 200 Лк. [1]
Высота
подвеса светильника над рабочей поверхностью Нр., м определяется, в
соответствии с рисунком 1, по формуле:
Нр.
= Н – hc. – hp., м (1)
где Н –
высота помещения цеха, м.
Н = 6 м
(по заданию);
hc.
– расстояние светильников от перекрытия, м. hc. = 0,7 м;
hp.
– высота рабочей поверхности над полом, м. hр. = 0,8 м.
Нр.
= 6 – 0,7 – 0,8 = 4,5
Площадь
освещаемой поверхности данного пролёта Sпр., м2:
Sпр. = B × L, м2 (2)
где B –
ширина цеха, м. B = 12 м (по заданию);
L – длина
цеха, м. L = 72 м (по заданию).
Sпр.
= 12 × 72 = 864 м2
Удельная
мощность освещённости лампы ρуд., Вт/м2,
определяется исходя из удельной мощности освещения при освещенности 100 Лк.
Для светильников
УПД ДРЛ Енор. = 100 Лк, ρуд. = 5,4 Вт/м2 [1]
Для
светильников УПД ДРЛ Енор. = 200 Лк, ρуд. = 5,4 ´ 2 = 10,8 Вт/м2
Допустимая
мощность рабочего освещения одного пролета Рр.о.пр., Вт:
Рр.о.ц.
= ρуд. × Sпр. (3)
Рр.о.пр.
= 10,8 × 864 = 9331,2 Вт
Выбираем
мощность лампы ДРЛ [1] и технические данные заносим в
таблицу 1.
Таблица 1 Технические данные лампы ДРЛ
Тип лампы
|
Светильник
|
Рн., Вт
|
Uл., В
|
Ф, Лм
|
Срок службы, час
|
Размер лампы, мм
|
Ток лампы, А
|
D
|
L
|
рабочий
|
пусковой
|
ДРЛ
400
|
УПД
ДРЛ
|
400
|
135
|
19000
|
10000
|
122
|
292
|
3,25
|
7,15
|
Число светильников рабочего освещения по пролету Nсв, шт.
Nсв = Рр.о.св/Рл = 9331,2/400 = 23,3 шт. (4)
Принимаем число светильников для пролета Nсв = 24 шт.
При
размещении светильников учитываем требования качества освещения, в частности
направление света, а так же доступность их для обслуживания. Расположение светильников
в цехе производим в соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2 – расположение светильников в пролёте
Число пролетов в цехе i = 4 (по заданию)
Мощность рабочего освещения производственных помещений цеха Pp.о, кВт
Pp.о = Nсв х Рл х i = 24 х 400 х 4 = 38400
Вт = 38,4 кВт (5)
В случае отключения рабочего освещения для
продолжения работы предприятия предусматривается аварийное освещение. Мощность
аварийного освещения производственных помещений цеха Рав., Вт
принимают 10% (0,1) от рабочего освещения.
Рав.
= 0,1 × 38,4 = 5,76 кВт
Для
аварийного освещения выбираем лампы накаливания типа Г, мощностью 500 Вт с теми
же светильниками. [1]
Таблица 2 Технические данные лампы аварийного освещения
Тип лампы
|
Светильник
|
Рн., Вт
|
Uл., В
|
Ф, Лм
|
Размер лампы, мм
|
D
|
L
|
H
|
Г
|
УПД
|
500
|
220
|
8300
|
112
|
240
|
180
|
Мощность
освещения бытовых помещений Рбп, кВт определяем по формуле:
Рбп
= Руд.бп ´ Sбп (6)
Согласно
задания: Руд.бп = 25 Вт/м2; Sбп = 6 ´ 36 = 216 м2
Рбп
= 25 ´ 216 = 5400 Вт = 5,4 кВт
Общая
мощность электроосвещения цеха Росв, кВт
Росв
= Рро + Рбп = 38,4 + 5,4 = 43,8 кВт
1.3.2 Расчёт электрических нагрузок
Расчет ведем методом упорядоченных диаграмм, по максимальной
мощности, потребляемой цехом в течение первой 30 минутной наиболее
загруженной смены.
Этот метод учитывает режим работы приемников, отличие их друг от
друга по мощности и их количество.
В каждом пролете устанавливается по два ШРА на стойках или
кронштейнах вдоль электроприемников.
Мощности электроприемников, работающих в ПКР, приводим к ПВ = 100%
и выражаем в кВт.
Пример расчета: [2]
1 Номинальная мощность, приведенная к ПВ = 100%, Рн.пв = 100%,
кВт
а) МРС, насосы, вентиляторы, печи сопротивления, индукционные печи
Рн.ПВ =100% =Рн
б) Сварочные машины точечные, U = 380В, cos j
= 0,7, ПВ = 20%(0,2)
Рн.пв = 100%= Sн x x cos j.
(7)
Sн=100кВА,
Суммарная мощность
в) Электродвигатели кранов G = 10 т
Рн1= 11 кВт; Рн2= 2,2 кВт; Рн3=
16 кВт; ПВ = 25% (0,25)
Рн.ПВ = 100% = Рн х ÖПВ (8)
Где Рн – номинальная суммарная мощность всех электродвигателей
крана, кВт
Рн= Р1+ Р2 + Р3 =11 + 2,2 +
16=29,2 кВт
Рн.пв = 100% = 29,2 х 0,5 = 14,1 кВт
2 Для всех электроприемников определяется cosj
и соответственно tgj [2]
3 Сменная активная мощность за наиболее загруженную смену Рсм,
кВт
Рсм = Ки х Рн, (9)
Где Ки – коэффициент использования электроприемников. Для точечных
сварочных машин Ки = 0,2;
Рсм= 62,6 х 0,2 = 12,52 кВт.
4 Сменная реактивная мощность Qсм, кВА
Qсм = Рcм х tg j. (10)
Для точечных сварочных машин tg j = 1,33; Q см = 12,52 х 1,33 = 16,65
кВА.
5 Расчет максимальной нагрузки
5.1 Определяем показатель силовой сборки для группы приемников, m
, (11)
где Рн мах – номинальная
мощность наибольшего электроприемника в группе, кВт;
Рн.мin – номинальная мощность наименьшего электроприемника в
группе, кВт
Для сварочных точечных машин Рн мах = 31,3 кВт; Р н.мin = 31,3 кВт;
.
Для МРС Рн мах = 30 кВт; Р н.мin = 13 кВт;
5.2 Определяем эффективное число электроприемников nэ, по формуле
nэ=n*э х n, (12)
где n*э – относительное эффективное число
электроприемников;
n – общее количество приемников, подключенных к силовому проводу.
n*э= f (n*; Р*),
где n* – относительное число наибольших по мощности
электроприемников
, (13)
где n' – число приемников с единичной мощностью больше или равной
К 6 ШРА подключено 11 электроприемников, n=11. Максимальная
мощность единичного электроприемника Рн макс = 31,3 кВт, отсюда
Число приемников с Рн ³ 15,65 кВт,
n' = 8 шт.
Суммарная мощность этих электроприемников Рн = 200,6
кВт.
Относительное эффективное число n* электроприемников
Относительная мощность наибольших электроприемников Р*
в группе
.
Для n* = 0,73 и Р* = 0,84 n*Э = 0,9 [2]
nэ = n* Э х n = 0,9 х 11 =9,9.
Аналогично определяется
эффективное число и для остальных ШРА.
6 Коэффициент максимума Км =
f (n; Ки), [2]
Где Ки – средний групповой коэффициент использования электроприемников
. (14)
Для 6 ШРА ; Км= f (nэ = 9,9; Ки = 0,2)= 1,84
7 Максимальная активная мощность Рм, кВт
Рм = Км х Рсм. (15)
Для 6 ШРА Рм = 1,84 х49,54 =
91,2 кВт
8 Максимальная реактивная мощность Qm, кВА
Qm = Рм х tg j. (16)
Для 6 ШРА Qм = 91,2 х 1,14 = 103,9 кВА
9 Полная максимальная мощность Sм, кВА
Sм = ÖPм2 + Qм2. (17)
Для 6 ШРА
10 Максимальный ток нагрузки
. (18)
Для 6 ШРА
Максимальные расчетные нагрузки для других ШРА рассчитываются так
же, как и для 6 ШРА. Итоговая нагрузка силовых пунктов 6 ШРА и 5 ШРА
определяется по вышеприведенным формулам согласно методу коэффициента
максимума.
По аналогии ведется расчет и по другим пролетам.
1.4 Определение мощности и выбор типа компенсирующего
устройства
Повышение cos j электроустановок имеет
большое значение, так как прохождение в электрических сетях реактивных токов
обуславливает добавочные потери напряжения, активной мощности, а следовательно
и электроэнергии. При этом снижается пропускная способность линии. При выборе
компенсирующих устройств подтверждается необходимость их комплексного
использования как для повышения напряжения, так и для компенсации реактивной
мощности
Коэффициент
мощности по расчётным нагрузкам cosjшма1 = 0,66 и cosjшма2 = 0,78 (таблица 3), а
согласно ПУЭ нормативный допустимый для данных предприятий cosj = 0,95. [3]
Для повышения
cosj
в электроустановках промышленных предприятий используют два способа:
естественный и искусственный.
К
естественному методу относятся следующие мероприятия:
·
при
работе асинхронного двигателя на холостом ходу cosjх.х. = 0,1 – 0,3, поэтому
применяют устройства, ограничивающие работу на холостом ходу;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|