курсовая работа. маленькая рамка09.05. Энергетика важнейшая часть жизнедеятельности человека. Она является основой развития производительных сил в любом государстве
 Скачать 315.5 Kb.
|
1 2 ВВЕДЕНИЕ Энергетика - важнейшая часть жизнедеятельности человека. Она является основой развития производительных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие невозможно без постоянного развивающейся энергетики. Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетического комплекса и одной из базовых отраслей тяжелой промышленности. В последнее пятидесятилетие электроэнергетика была в нашей стране одной из наиболее динамично развивающих отраслей. Она опережала по темпам развития как промышленность в целом, так и тяжелую индустрию. Электроэнергетика наряду с другими отраслями народного хозяйства рассматривается как часть единой народно- хозяйственной экономической системы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Электроэнергетика - отрасль промышленности, занимающейся производством электроэнергии на электростанциях и передачей ее потребителям. Энергетика нашей страны обеспечивает электроснабжение народного хозяйства и бытовые нужды различных потребителей электрической энергии. Основными потребителями являются промышленные предприятия, сельское хозяйство, коммунальные нужды. 70% всей электроэнергии расходуется на технологические процессы предприятий. Электрическая энергия в промышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах. В настоящее время коэффициент электрификации силового привода в промышленности составляет 80% . При этом около 1/3 электроэнергии расходуется непосредственно на технологические нужды. Ускорение научно-технического процесса диктует необходимость совершенствования промышленной электроники, создание современных надёжных систем электроснабжения промышленных предприятий, освещения, автоматизированных систем управления электрооборудованием и технологическим процессом. Актуальность темы дипломного проекта соответствует задаче технического перевооружения – созданию высокоэффективного энергосберегающего производства. Тема курсового проекта: проектирование электроснабжения цеха металлоизделий Цель исследования: произвести выбор и расчет электрооборудования с минимальными затратами для вновь строящего объекта Объект исследования: цех металлоизделий Предмет исследований: расчет и выбор электрооборудования цех металлоизделий Гипотеза исследования: от правильного распределения энергообеспечения цеха металлоизделий зависит бесперебойное энергоснабжение проектируемого объекта Для выполнения цели и подтверждения гипотезы необходимо выполнить ряд задач: оптимизация параметров систем путём правильного выбора напряжений; определение электрических нагрузок; высоких требований, предъявляемых к бесперебойности электроснабжения; рационального выбора числа и мощности трансформаторов; конструкции промышленных сетей; средств регулирования напряжения; средств симметрирования нагрузки; подавление высших гармонических составляющих в сетях путём правильного построения схемы электроснабжения, соответствующей оптимальному уровню надёжности. ОБЩАЯ ЧАСТЬ Характеристика проектируемого цеха В данном курсовом проекте рассматривается проектирование системы электроснабжения цеха металлоизделий. Цех является составной частью отрасли тяжёлого машиностроения и входит в структурное подразделение завода. При проектировании решаются задачи, которые заключаются в определении расчётных электрических нагрузок, в правильном выборе схемы электроснабжения цеха, выборе числа и мощности трансформаторов, конструкции промышленных сетей. Для выбора элементов системы производится расчёт электрических нагрузок, токов короткого замыкания, расчёт сети 0.4кВ, выбор аппаратов управления и защиты, выбор марок и сечений проводов и кабелей, расчёт троллейных линий, определение потери напряжения, а также расчёт заземления. За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий. 1.2 Характеристика электрооборудования цеха металлоизделий Проектируемый объект – цех металлоизделий. В цехе установлено оборудование, на котором производится резка метала, токарная, сверлильная, шлифовальная, фрезерная обработка металла. В цехе установлены станки: металлорежущие, шлифовальные, токарные, фрезерные, расточные. На токарных станках производится обработка наружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вращения цилиндрической, конической и фасонной формы, а также прорезание канавок, нарезание наружной и внутренней резьбы. Фрезерные станки предназначены для обработки плоских наружных и фасонных поверхностей, прорезание канавок. Шлифовальные станки служат для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей. Металлорежущие станки служат для размерной обработки металлических заготовок путем снятия материала. Все станки в цехе размещаются согласно технологической последовательности обработки деталей и их поступления от станка к станку. При размещении оборудования учтены нормы расстояний для безопасных перемещений деталей и самих рабочих в процессе работы. Цех металлоизделий имеет следующий размеры: длина - 48 м; ширина - 30 м; высота - 7 м; площадь - 1440 м2. Цех - это часть главного корпуса завода, расположенного в одноэтажном здании. Перекрытия выполнены из железобетона по железобетонным фермам. Несущими конструкциями являются железобетонные колонны. Ширина пролетов 6 м. Полы в цеху бетонные. Для транспортирования деталей и узлов, а также для погрузки и разгрузки заготовок, полученных из других цехов завода, в цеху установлен мостовой кран. Для транспортировки грузов, ведения различных ремонтных работ, быстрой эвакуации людей на случай пожара и аварии имеются ворота, выполненные из металла. Цех металлоизделий по характеристике окружающей среды относится к помещениям с нормальными условиями. Относительная влажность в помещении в теплый период года составляет 40-44%, а холодный- 40%; температура воздуха 18-22 градуса Цельсия, выделение химически активных веществ и токопроводящей пыли отсутствует. Запыленность воздушной среды- 3 мг/м3. Производственный уровень шума в цехе составляет 78-92 дБ, для поддержания нормальных условии работы в нем установлены вентиляторы. Работа в цехе предусмотрена в две смены. В таблице 1.1 представлено электрооборудование цеха Исходные данные электрооборудования по цеху металлоизделий Таблица 1.1
Продолжение таблицы 1.1
Щиток освещения: Рн=38кВт, cosφ=0,5 Дополнительная нагрузка: Рр=110кВт, Qр=90кВАР, cosφ=0,75 1.3 Выбор схемы электроснабжения Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения. С целью создания рациональной схемы распределения электроэнергии требуется всесторонний учет многих факторов, таких как конструктивное исполнение сетевых узлов схемы, способ канализации электроэнергии, токи КЗ при разных вариантах и др. Внутрицеховые сети делятся на питающие и распределительные. К питающим относятся провода, кабели, отходящие от распределительных устройств трансформаторных подстанций к силовым пунктам и щитам. К распределительным – отходящие от пунктов, щитов или шинопроводов к приемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам, но чаще всего бывают радиальными. для электроснабжения силовых электроприемников следует выбирать наиболее экономичные системы, обеспечивающие необходимую надежность. Радиальные схемы питающих сетей с распределительными щитами на подстанциях целесообразно использовать для подключения мощных электроприемников, силовых пунктов и щитов, если магистральные схемы не могут быть приняты из-за территориального расположения потребителей. Радиальные схемы следует предусматривать в тех случаях, когда применению магистральных шинопроводов препятствуют условия среды либо территориальное размещение электроприемников. При радиальной схеме питания сеть выполняется изолированными проводами в стальных трубах. При построении схем нужно стремиться к тому, чтобы длина линий была минимальной. Радиальными схемами являются такие, в которых электроэнергия от источника питания передается непосредственно к приемному пункту. Чаще применяют радиальные схемы с числом ступеней не более двух. Одноступенчатые радиальные схемы применяют на небольших и средних по мощности предприятиях для питания сосредоточенных потребителей (насосные станции, печи, преобразовательные установки, цеховые подстанции), расположенных в различных направлениях от центра питания. Радиальные схемы обеспечивают глубокое секционирование всей системы электроснабжения, начиная от источников питания и кончая сборными шинами до 1 кВ цеховых подстанций. Питание крупных подстанций и подстанций или РП (распределительных пунктов) с преобладанием потребителей I категории осуществляют не менее чем двумя радиальными линиями, отходящими от разных секций источника питания. Двухступенчатые радиальные схемы с промежуточными РП применяют на больших и средних по мощности предприятиях для питания через РП крупных пунктов потребления электроэнергии, так как нецелесообразно загружать основной центр питания предприятия с дорогими ячейками РУ большим количеством мелких отходящих линий. Магистральная схема применяется для питания электроприемников, не нуждающихся в централизованном или сблокированном режиме работы и расположенном в одном направлении от пункта питания. Наибольшее распространение находят смешанные схемы электрических сетей, сочетающие в себе элементы как радиальных, так и магистральных схем. Таким образом, предпочтение отдаём схеме «Блок трансформатор-магистраль», поскольку она в данном случае является наиболее целесообразной. В качестве магистральной линии выбираем магистральный шинопровод серии ШMA, к нему через коммутационные аппараты подключаются распределительные пункты, шинные сборки, крупные электроприемники. Конструкция силовой и осветительной сети Для приёма и распределения электроэнергии в цехе металлоизделий установлены распределительные щиты. Электроприёмники запитываются от ШР (распределительного шинопровода) проводом, проложенным в трубах. В качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания применяются предохранители. Освещение цеха выполнено 28-ю светильниками КРУ (консольный уличного освещения) с ртутными лампами высокого давления ДРЛ (дуговая ртутная лампа) мощностью 400Вт. Осветительные сети выполняются проводом АПВ-2,5мм2 (алюминиевый провод с изоляцией из ПВХ, пластик) 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. расчетная ЧАСТЬ 2.1 Расчёт электрических нагрузок цеха Расчет электрических нагрузок проводится для определения величин затрат в системах электроснабжения промышленных предприятий. Расчетная величина электрических нагрузок Рр определяет технические решения и указывает затраты на изготовление электротехнических изделий, на создание и развитие субъектов электроэнергетики, на построение и функционирование объектов электрики. Расчет нагрузки будет произведен по методу упорядоченных диаграмм. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчетов элементов системы электроснабжения 2УР, 3УР (завод нестандартного оборудования является 3УР), питающих силовую нагрузку до 1 кВ. Порядок расчета: 1. Составляется перечень силовых электроприемников с указанием их номинальной (установленной) мощности. 2. Определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и выделяются характерные сутки. 3. Описываются особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (которые рассчитывают по максимуму эффективной нагрузки). 4. Исключаются из расчета: а) электроприемники малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) Включаемые эпизодически. 5. Определяются группы электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы, и выделяются из них подгруппы, имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования. 6. Выделяются электроприемники одинакового режима работы, и определяется их средняя мощность: Расчёт электрических нагрузок выполняем в виде таблицы В качестве примера определим расчетную нагрузку узла питания ШС3. В графе 1 указываются наименования ЭП (электроприемников) (продольно-строгальный станок, токарно-револьверный станок, плоскошлифовальный станок, токарный станок, вертикально-сверлильный станок). В графе 2 записывается количество ЭП одинаковой мощности (продольно-строгальный станок – 3 шт., токарно-револьверный станок – 12 шт., плоскошлифовальный станок – 3 шт., токарный станок – 5шт., вертикально-сверлильный станок – 2 шт.). В графе 3 - номинальная установленная мощность одного (единичного) ЭП (для РП1: продольно-строгальный станок – 12,2кВт, токарно-револьверный станок – 3,5 кВт, плоскошлифовальный станок – 3 кВт, токарный станок – 15 кВт, вертикально-сверлильный станок – 2,5 кВт). В графе 4 - рассчитывается суммарная номинальная мощность для каждого приемника. Продольно-строгальный станок Pн = nРн (2.1) где n- количество ЭП; Рн- номинальная мощность одного ЭП. Рн= 3·12,2=36,6 кВт Токарно-револьверный станок Рн= 12·3,5=42 кВт Плоскошлифовальный станок Рн= 3·3=9 кВт Токарный станок Рн= 5·15=75 кВт Вертикально-сверлильный станок Рн= 2·2,5=5кВт Находим суммарное значение номинальных мощностей ЭП ∑Рн =Рн1+…+Рнn (2.2) где Рн1 – номинальная мощность первого ЭП; Рнn – номинальная мощность n-ого ЭП. ∑Рн =36,6+ 42+9+75+5= 167,6 кВт В графе 5, 6 - указываются соответствующие данные группе ЭП - Kи; cosφ\ tgφ. В итоговой строке в графе 5 - указывается значения группового коэффициента использования Ки гр = ∑Ки∙Рн/ ∑Рн (2.3) где Ки – коэффициент использования; Рн – номинальная мощность ЭП. Ки гр = 0,73∙36,2/167,6 = 0,15 В графе 7 - соответственно значения Рс =Ки∙Рн, в итоговых строках приводятся суммы этих значений Рс = 0,14∙36,6 = 5,1 – для продольно-строгального станка, остальные рассчитываются анологично. Находим суммарное значение ∑Ки∙Рн ∑ Рс = 5,1+5,88+1,53+10,5+0,7 = 23,71 В графах 8 - соответственно значения Ки ∙Рн ∙tgφ, в итоговых строках приводятся суммы этих значений Qсм =Ки ∙Рн ∙tgφ = 0,14∙36,6∙1,73 =8,86кВАр Находим суммарное значение ∑Ки ∙Рн ∙tgφ ∑ Qсм = 2,95+0,57+0,59+3,6+0,6 = 8,31 кВАр В графу 9 - построчно записывают значение m=n ∙P2н =3∙12,22=446 ∑ m = 1757,5 В графах 10,11,12,13,14,15 заполняется только итоговая строка: Определим эффективное число электроприёмников nэ = ( ∑Pн ) 2/ ∑n ∙P 2нi (2.5) где nэ - эффективное число электроприёмников. nэ = 167,62/ 1757,5 =16 штук В тех случаях, где получается число с десятичной частью, округляем его в сторону меньшего значения. Определяем Кр исходя из значения эффективного числа электроприемников (nэ) и коэффициента использования Кр=1,77 [1.стр.26]. Активная расчётная мощность ЭП подключенных к узлу питания (графа 12) определяется по формуле Рм = Кр∙∑Ки∙Рн (2.6) где Кр – коэффициент расчетной мощности Рм = 1,77∙23,71= 41,9 кВт Реактивная расчётная мощность ЭП (графа 13) определяется по формуле: Qм = ∑Ки∙Рн∙tgφ при nэ >10 (2.7) 15>10 где Qм – расчетная реактивная мощность. Qм = 8,31 кВар Найдем полную мощность группы ЭП Sм = √ Q2м+P2м (2.8) где Sр – полная расчетная мощность. Sм = √8,312+41,92 = 42,7 кВ∙А Значение расчётного тока определим по выражению Iм = Sp/ √3∙Uн (2.9) где Iр – расчетный ток. Ip = 42,7/ √3∙0,38 = 65,7 А Расчёт электрических нагрузок оставшихся узлов питания производим аналогично. Рассчитаем отдельно электрические нагрузки крана мостового и освещения. Кран мостовой Номинальная мощность одного ЭП Рн=25 кВт; Так как кран мостовой работает в повторно-кратковременном режиме, следовательно, для расчета номинальной общей мощности нужно представить, что кран работает в продолжительном режиме. Номинальная мощность общая Рн= Рн*√ ПВ (2.10) где ПВ- продолжительность включения. Рн= 25√0,25=12,5 кВт∙3=37,5 кВт Определяем по справочной литературе Ки, соsφ и tg φ. Ки= 0,2 соsφ=0,5 tg φ=1,7 Так как имеем 3 ЭП, то Ки гр = Ки=0,2 и nэ=1 Аналогично проведем расчет всех электроприемников. Сводная таблица представлена в Приложении 1, табл.2.1. Общая мощность цеха составила 305кВт без освещения 2.2 Расчет освещения Расчет освещения проводится по методу коэффициента использования светового потока. В качестве источника света примем к установке лампы ДРЛ мощностью 400Вт. Число источников света определяется по формуле: N= 1 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||