курсовой Натусика. 1 общая часть 5 1Характеристика объекта электроснабжения 5
 Скачать 0.75 Mb.
|
 СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ 2 1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ 5 1.1Характеристика объекта электроснабжения 5 1.2 Классификация помещений объекта электроснабжения 6 1.3 Выбор схемы электроснабжения 9 2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 12 2.1 Расчет электрической мощности цеха 12 2.2 Расчет и выбор элементов низковольтной и высоковольтной сети 24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСОВ 46 11. Каталог асинхронных трехфазных двигателей. 47 ВВЕДЕНИЕРоссия является четвертым энергетическим рынком в мире по объему производства и потребления электроэнергии после Китая, США и Индии. Электроэнергетика относится к базовым отраслям и имеет важнейшее межотраслевое значение, поскольку уровень и качество энергоснабжения определяют условия производственной деятельности и бытового обслуживания населения. Электроэнергетика входит в десятку отраслей с наибольшим вкладом в ВВП России. По данным Росстата, на ее долю пришлось 2,6% ВВП России. Основным потребителем электроэнергии является промышленность, на её долю приходится более 60 % всей вырабатываемой в стране электрической энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение станки и механизмы, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами и др. В некоторых технологиях (электрофизические и электрохимические способы обработки металлов и изделий) электроэнергия является единственным энергоносителем. Под производственным процессом в современном машиностроении понимают такой комплекс мероприятий, при помощи которых осуществляется производство тех или иных машин, узлов, аппаратов и других изделий. В ходе осуществления производственного процесса решают большой круг вопросов, связанных с различными видами производства, различными технологическими процессами, расчетами на вычислительных машинах, т. е. выполняют различные элементы производственного процесса. Машиностроительное предприятие представляет собой сложный комплекс, который обеспечивает бесперебойное функционирование всех элементов производственного процесса. Производственный процесс в машиностроении состоит из трех основных фаз: заготовительной, обработочной и сборочной. Основной объем обработки выполняется в механических цехах, где заготовки, проходя механическую обработку, приобретают необходимую конфигурацию, точность и шероховатость. Процессы механической обработки, начиная от черновых, обдирочных операций и кончая чистовыми, окончательными, очень многообразный могут выполняться последовательно на многих станках в поточных или автоматических линиях. Исходя из огромного влияния электроэнергии на производственный процесс предприятия целью курсового проекта будет: проектирование электроснабжения и расчет электрооборудования : проектирование электроснабжения и расчет электрооборудования механического цеха тяжелого машиностроения.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Охарактеризовать проектируемый объект. 2. Классифицировать помещения объекта электроснабжения. 3. Выбрать схему электроснабжения объекта. 4. Произвести расчёт электрических нагрузок. 5. Рассчитать компенсацию реактивной мощности. 6. Выбрать число и мощность цеховых трансформаторов. 7. Произвести расчет и выбор кабельной продукции. 8. Произвести расчет и выбор магнитных пускателей и контакторов, тепловых реле к ним. 9. Произвести расчет и выбор автоматических выключателей. 10. Произвести расчет и выбор разъединителей и рубильников, предохранителей и плавких вставок к ним. 11. Произвести расчет и выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения. 12. Проверить средства защиты на обеспечение селективности. В ходе курсового проектирования используются различные источники информации: методические пособия, руководящие отраслевые документы, каталоги электрооборудования и т.д. Большое количество информации по теме курсового проекта представлено в сети интернет. Основная литература и интернет-ресурсы, используемые в ходе курсового проектирования представлены в списке литературы и интернет-ресурсов.  1 ОБЩАЯ ЧАСТЬХарактеристика объекта электроснабжения Механический цех тяжелого машиностроения (МЦТМ) предназначен для серийного производства изделий. Он является крупным вспомогательным цехом завода машиностроения и выполняет заказы основных цехов. Станочное отделение выполняет подготовительные операции (обдирку) изделий для дальнейшей обработки их на анодно-механических станках. Для этой цели установлено основное оборудование: обдирочные, шлифовальные, анодно-механические станки и др. В цехе предусмотрены производственные, вспомогательные, служебные и бытовые помещения. МЦТМ получает электроснабжение от ГПП или ПГВ завода. Расстояние от ГПП до цеховой ТП – 1,2 км. Напряжение 6 и 10 кВ. На ГПП подается электроснабжение от ЭНС, расстояние – 8 км. Количество рабочих смен – 2. Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения, работают в нормальной окружающей среде. Грунт в районе цеха – песок с температурой +20 °C. Каркас здания МЦТМ смонтирован из блоков-секций длиной 6 м каждый. Размеры цеха A  B H = 48 30 9 м.Вспомогательные, бытовые и служебные помещения двухэтажные высотой 4 м. Перечень оборудования цеха дан в таблице 1. Мощность электропотребления (  ) указана для одного электроприем- ника.Таблица 1 – Перечень электрооборудования механического цеха тяжелого машиностроения
1.2 Классификация помещений объекта электроснабжения Нормальная работа электроустановок зависит от различных факторов окружающей среды. На электрические сети и электрооборудование влияют температура окружающей среды и резкие ее изменения, влажность, пыль, пары, газ, солнечная радиация. Эти факторы могут изменять срок службы электрооборудования и кабелей, ухудшать условия их работы, вызывать аварийность, повреждения и даже разрушение всей установки. Влияние неблагоприятных факторов окружающей среды на электрооборудование необходимо учитывать при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок. Требования по защите электрооборудования и кабельных изделий от воздействия неблагоприятных факторов в процессе хранения, монтажа и эксплуатации изложены в ПУЭ и СНиП. Федеральный закон ФЗ-123 причисляет к производственным объекты связи, а также всё, что касается инженерной и транспортной инфраструктуры. Согласно современным нормативам, установка категории или категорирование требуется для всех складских и производственных помещений.  Помимо этого, если обратиться к пункту 5.1.2 свода правил СП 4.13130.2009, определять категорию необходимо и для технических помещений.К списку помещений, требующих категорирования, можно отнести: • всевозможные хранилища; • любые цеха производственного и технического типа; • мастерские; • вентиляционные; • архивы; • гладильные и прачечные; • котельные и компрессорные; • серверные; • электрощитовые; • гаражи; • помещения с водомерными узлами; • СТО. На основании информации задания на курсовое проектирование классифицируем помещения объекта электроснабжения по взрыво-, пожаро-, электробезопасности. Результаты классификации представлены в таблице 2. Трансформаторная – высокая вероятность пожара, т. к. электрические кабели под напряжением, с горючей изоляцией и оболочкой могут быть главной опасностью, потому что они представляют собой комбинацию причины возникновения искры и источника воспламенения. Повреждение кабеля может привести к достаточному тепловыделению, чтобы зажечь изоляцию кабеля, которая может продолжать гореть и выделять тепло и большое количество ядовитого дыма, еще более опасны маслонаполенные кабели. Пожароопасность оборудования с изоляцией трансформаторным маслом, такого как трансформаторы, реакторы, выключатели в больших объемах горючей жидкости, которая может воспламеняться при повреждении оборудования. Проникновение воды, авария основной изоляции, внешних токов короткого замыкания, и повреждение РПН являются одними из причин внутреннего искрения в минеральном изоляционном масле, которое может привести к пожару. Это искрение может произвести выделение газов пробоя, таких как ацетилен и водород. Станочное отделение – высока вероятность пожара при аварии, т.к. имеются печи с повышенной температурой; возможно разбрызгивание СОЖ на электрооборудование; возможно соприкосновение одновременно с корпусом электрооборудования и заземленными конструкциями; токарные станки производят токопроводящую пыль, оседающую на электрооборудование. Таблица 2 – Классификация помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности
 Понимание класса помещения на дальнейших этапах курсового проектирования позволит выбрать корректное оборудование по типу исполнения и размещения. Важно классифицировать помещения, т. к. агрессивная, сырая, пыльная и подобные им среды не только ухудшают условия работы электрооборудования, но и повышают опасность электроустановок для обслуживающих их людей. Поэтому помещения в зависимости от возможности поражения людей электрическим током стоит подразделять на три группы: с повышенной опасностью, особо опасные и без повышенной опасности 1.3 Выбор схемы электроснабжения Требования к надежности электроснабжения в настоящий момент является одним из важных аспектов работы потребителей. От существующего уровня надежности электроснабжения электроприемников потребителя зависит количество брака на производстве, качество изготовляемой продукции и, как следствие, конкурентоспособность компании в целом.  Вопросы надежности электроснабжения затрагиваются в основном в Правилах устройства электроустановок.Категории электроприемников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ 7 издание) выделяют три категории надежности электроснабжения: 1. Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. (п. 1.2.18 ПУЭ) Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. 2. Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. (п. 1.2.18 ПУЭ) 3. Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий. В соответствии с правилами технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей к электрическим сетям, утвержденных постановлением Правительства РФ от 27.12.2004 №861, категория надежности электроснабжения электроприемников потребителей определяется в процессе технологического присоединения энергопринимающих устройств к электрическим сетям. При этом потребитель самостоятельно определяет, какая категория надежности энергоснабжения ему необходима.  В соответствии с заданием на курсовое проектирование объект имеет 2-3 категорию надежности электроснабжения. . Это связано с тем, что некоторые электроприемники относятся ко 2 категории, а некоторые к 3 категории. Ко 2 категории электроприемников относятся: кран мостовой, вентилятор вытяжной, шлифовальные станки, обдирочные станки, анодно-механические станки при перерыве питания потребителей данной группы может произойти: массовые простои рабочих и техники; массовый недоотпуск продукции предприятия; к остановке электротранспорта. К 3 категории относятся остальные электроприемники.В соответствии с выбранной категорией электроснабжения, на подстанции должно быть установлено 2 трансформатор. Схема электроснабжения цеха, построенная с учетом требований ПУЭ и норм технологического проектирования электроснабжения промышленных предприятий представлена в графической части проекта. После построения схемы необходимо произвести расчеты мощности объекта электроснабжения и выбрать необходимое оборудование, что будет выполнено в расчётной части проекта.  2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ2.1 Расчет электрической мощности цеха Для выбора электрооборудования, соответствующего потребностям производства необходимо определить мощности, потребляемые цехом, т.е. рассчитать электрические нагрузки. 2.1.1 Расчёт электрических нагрузок Электрическая нагрузка представляет собой мощность, потребляемую электроприемниками (ЭП) или передаваемую по элементам системы электроснабжения (СЭС) в определенный момент времени. Для ЭП она обусловлена электроэнергией, потребляемой из сети и преобразуемой в другие виды энергии. Нагрузка линий электропередачи, силовых трансформаторов и других элементов электрической сети СЭС вызвана передачей электроэнергии от источников питания к ЭП. При этом электрическая нагрузка в каждый момент времени определяется мощностью некоторого числа включенных в работу ЭП, присоединенных к электрическим сетям разных напряжений. Естественное изменение электрических нагрузок во времени обусловлено свойствами технологических процессов, в обеспечении которых участвует множество разнообразных электроприемников с разными графиками нагрузок. В системе электроснабжения каждый электроприемник в определенный момент времени потребляет некоторую активную мощность, т. е. его электропотребление является случайной функцией времени. Суммарная нагрузка потребителя электроэнергии в каждый момент времени складывается из нагрузок электроприемников, используемых на предприятии в рассматриваемое время.  Электрическая нагрузка электроприемника или элемента системы электроснабжения может быть представлена в виде активной, реактивной и полной мощности, а также в виде тока.Расчетная нагрузка является одним из основных показателей, учитываемых при выборе электрооборудования и средств компенсации реактивной мощности, при определении условий присоединения электроустановок потребителей к энергосистеме, решении других проектных и эксплуатационных задач электроснабжения. Выбор всех элементов СЭС и определение параметров режима работы электрических сетей производятся на основе расчетных электрических нагрузок. От величин нагрузок зависят также применяемые схемы, конструктивное исполнение сетей и расположение сетевых объектов. Теория расчета электрических нагрузок, основы которой сформировалась в 1930-е годы, ставила целью определить набор формул, дающих однозначное решение при заданных электроприемниках и графиках (показателях) электрических нагрузок. В целом практика показала ограниченность подхода «снизу вверх», опирающегося на исходные данные по отдельным электроприемникам и их группам. Эта теория сохраняет значение при расчете режимов работы небольшого числа электроприемников с известными данными, при сложении ограниченного числа графиков. Метод упорядоченных диаграмм, рекомендованный Руководящими указаниями по определению электрических нагрузок промышленных предприятий, относится к числу методов, использующих математические методы теории вероятностей. [2, с. 22] Метод применим, когда известны номинальные данные всех электроприёмников предприятия с учётом их размещения на территории предприятия. Метод сводится к определению максимальных  расчетных нагрузок группы электроприемников.  где  – максимальная активная нагрузка, кВт; – максимальная реактивная нагрузка, квар; – максимальная полная нагрузка, кВ·А; – коэффициент максимума активной нагрузки; – коэффициент максимума реактивной нагрузки; – средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт; – средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, квар. где  – коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации по [2, таблица 1.5.1]; – номинальная активная групповая мощность, приведённая к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт; – коэффициент реактивной мощности; определяется по таблицам (графикам) [2, таблица 1.5.3], а при отсутствии их может быть вычислен по формуле где  – эффективное число электроприемников; – средний коэффициент использования группы электроприемников, где  ,  – суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт;  может быть определено по упрощённым вариантам [2, таблица 1.5.2], где  – фактическое число электроприемников в группе; – показатель силовой сборки в группе, где  , – номинальные приведенное к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт.В соответствии с практикой проектирования принимается  при  ;  при  .Учет режимов работы электроприемников Длительный режим работы (ДР) – электроприемники, работающие в номинальном режиме с продолжительно неизменной или мало изменяющейся нагрузкой. В этом режиме электрический аппарат (машина) может работать длительное время, температура его частей может достигать установившихся значений, без превышения температуры свыше допустимой. Пример: электрические двигатели насосов, компрессоров, вентиляторов и т.п. Кратковременный режим работы электроприемника (электродвигателя) характеризуется тем, что ЭП работает при номинальной мощности в течении времени, когда его температура не успевает достичь установившегося значения. При отключении (ЭП не работает) его температура успевает снижаться до температуры окружающей среды. Пример: электродвигатели вспомогательных механизмов, гидрозатворов и т.п. При повторно-кратковременном режиме работы (ПКР) электроприемника кратковременные рабочие периоды с определенной нагрузкой чередуются с паузами (ЭП отключен). Продолжительность рабочих периодов и пауз не настолько велика, чтобы нагрев отдельных частей ЭП при неизменной температуре окружающей среды могли достигнуть установившихся значений.  Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ, % - паспортная величина) [6].В ходе расчетов приводим мощности 3-фазных электроприемников к длительному режиму:  – для электроприемников ДР; – для электроприемников ПКР; – для сварочных трансформаторов ДР; – для сварочных трансформаторов ПКР,где ,  – приведенная и паспортная активная мощность, кВт; – полная паспортная мощность, кВ А;ПВ – продолжительность включения, относительных единиц. Приведение 1-фазных нагрузок к условной 3-фазной мощности Нагрузки распределяются по фазам с наибольшей равномерностью и определяется величина неравномерности (  ): где  ,  – мощность наиболее и наименее загруженной фазы, кВт.При  и включении на фазное напряжение: где  – условная 3-фазная мощность (приведенная), кВт; – мощность наиболее загруженной фазы, кВт.При и включении на линейное напряжение: – для одного электроприемника; – для нескольких электроприемников.При  расчет ведется как для 3-фазных нагрузок (сумма всех 1-фазных нагрузок).Расчет электроприемников ПКР производится после приведения к длительному режиму. Определение потерь мощности в трансформатореПриближенно потери мощности в трансформаторе учитываются в соответствии с соотношениями:  ;  ;  ;  .Распределим нагрузку по секциям, результаты представим в таблице 3 Таблица 3 – Распределение нагрузок по секциям
Согласно распределению нагрузки по секциям РУ заполняем сводную ведомость нагрузок по цеху. Согласно таблице №3 заполняем колонки 2, 3, 4. Значения ,  ,  берем из [2, таблица №1.5.1].  Заполняем колонки 5,6,7.Приведем пример расчета для РП1 Определим m:  Результат заносим в колонку 8. Определим  Для вентилятора вытяжного:   Для вентилятора приточного:   Результаты расчетов заносим в колонки 9, 10. Определим  по РП1: Полученный результат заносим в колонку 11. Определим  ,  для РП1:   Результаты расчетов заносим в колонки 5, 6, 7. Определяем по [2, таблица №1.5.2.]. Результат заносим в колонку 12.  Определим   Результат заносим в колонку 13. Принимается  при   при .  , тогда .Результат заносим в колонку 14. Определим , , :   Результаты расчетов заносим в колонки 15, 16, 17. Определим ток на РУ:  Результат заносим в колонку 18. Для РП2, ШМА1, ШМА2, ЩО и дополнительной перспективной нагрузки расчеты проводятся аналогично, как и для РП1. Остальные расчеты производятся аналогичным образом. Результаты расчетов представлены в сводной ведомости нагрузок. На основе сводной ведомости нагрузок можно определить энергопотребление цеха и выбрать трансформаторы подходящей мощности. 2.1.2 Компенсация реактивной мощности  Реактивная мощность – часть полной мощности, затрачиваемая на электромагнитные процессы в нагрузке, имеющей емкостную и индуктивную составляющие. Она не выполняет полезной работы, вызывает дополнительный нагрев проводников и требует применения источника энергии повышенной мощности.Реактивная мощность относится к техническим потерям в электросетях согласно Приказу Минэнерго РФ № 326 от 30.12.2008. При нормальных рабочих условиях все потребители электрической энергии, чей режим сопровождается постоянным возникновением электро-магнитных полей (электродвигатели, оборудование сварки, люминесцентные лампы и многое др.) нагружают сеть как активной, так и реактивной составляющими полной потребляемой мощности. Эта реактивная составляющая мощности необходима для работы оборудования, содержащего значительные индуктивности и в то же время может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка на сеть. Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть. Различают индивидуальную, групповую и централизованную компенсацию. В данном проекте выгодно использовать централизованную компенсацию реактивной мощности на уровне цеха (минимум оборудования, низкие затраты на обслуживание). Оценим необходимость использования средств компенсации реактивной мощности в соответствии с методикой, изложенной в [2, стр. 33]. Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать: расчетную реактивную мощность КУ; тип компенсирующего устройства; напряжение КУ. Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения:  где  – расчетная мощность КУ, квар;  – коэффициент, учитывающий повышение естественным способом, принимается  ; ,  – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.Компенсацию реактивной мощности будем производить до получения значения  .Задавшись  из этого промежутка, определяем .Значения , – выбираются по результату расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок по цеху».Определив тип КУ, рассчитав , по каталогу выбираем стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ). После выбора стандартного КУ определяем фактическое значение  : где  – стандартное значение мощности выбранного КУ, квар.По  определяем : Произведем расчет и выберем КУ. Таблица4 – Исходные данные для расчета КУ
 кварПо каталогу […] выбираем подходящую КУ: 2×УКРМ58-0,4-60-10УЗ на 60 квар. Основные характеристики выбранной установки представлены в таблице 6.  Таблица 5– Характеристики УКРМ58-0,4-60-10УЗ
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
