Дипломная работа комплекс томатного сока. ПЗ ЭСН. Производство энергии, как правило, должно осуществляться в момент потребления
 Скачать 495.37 Kb.
|
1 2  ВВЕДЕНИЕЛюбой технологический процесс требует определенного расхода топлива, электрической и тепловой энергии, поэтому промышленные предприятия являются крупнейшими потребителями различных видов топлива и энергии. В промышленности расходуется примерно половина всего топлива и две трети энергии. В качестве топлива предприятия используют уголь, кокс, мазут, дрова и древесные отходы, природный газ, диоксид углерода (например, для сварочного производства). С развитием научно-технического прогресса и ростом производства потребление энергии систематически растет. Растет и доля затрат на энергоресурсы. Доля энергозатрат в себестоимости продукции доходит до 40-45%. За XX век количество энергии, затрачиваемое на единицу промышленной продукции в развитых странах мира, возросло в 10-12 раз. В связи с этим повышается роль энергетического хозяйства в обеспечении бесперебойного функционирования производственного процесса, повышается его значение с целью снижения издержек производства и повышения уровня рентабельности промышленных предприятий. Энергетическое хозяйство промышленного предприятия - это совокупность энергетических установок и вспомогательных устройств с целью обеспечения бесперебойного снабжения предприятия различными видами энергии и энергоносителей, таких, как натуральное топливо (газ, мазут и др.), электрический ток, сжатый воздух, горячая вода, конденсат. К основным видам промышленной энергии относятся: тепловая и химическая энергия топлива, тепловая энергия пара и горячей воды, механическая энергия и электроэнергия. Основными задачами энергетического хозяйства являются надежное и бесперебойное обеспечение предприятия всеми видами энергии установленных параметров при минимальных затратах. Энергообеспечение предприятия имеет специфические особенности, обусловленные особенностями производства и потребления энергии: - производство энергии, как правило, должно осуществляться в момент потребления; - энергия должна доставляться на рабочие места бесперебойно и в необходимом количестве. Перебои в снабжении энергией вызывают прекращение процесса производства, нарушение технологии; - энергия потребляется неравномерно в течение суток и года. Это вызвано природными условиями (летние и зимние периоды, день, ночь) и организацией производства; - мощность установок по производству энергии должна обеспечивать максимум потребления.   По характеру использования энергия бывает: технологической, двигательной (силовой), отопительной, осветительной. Для промышленных предприятий наибольшее значение имеет потребление энергии на двигательные и технологические цели. В качестве двигательной силы технологического и подъемно-транспортного оборудования используются главным образом электроэнергия и в небольшом количестве пар и сжатый воздух.Различные виды энергии и энергоносителей применяются на всех стадиях технологии производства изделия. При этом единство и взаимообусловленность технологии и энергетики - наиболее характерная черта большинства производственных процессов промышленного предприятия. В число потребителей электроэнергии необходимо отнести и такие участки производства, как слаботочные средства связи: телефоны, радио, диспетчерская связь. На всех предприятиях - эпергопотребителях должен быть составлен энергетический паспорт, который является нормативно-хозяйственным документом, утвержденным по единой государственной форме. В таком паспорте отражаются все основные сведения об энергохозяйстве предприятия и производится оценка эффективности использования топливно-энергетических ресурсов по объектам предприятия. Курсовой проект выполнен на основании задания №21 «Электроснабжение комплекса томатного сока». В задании содержится план расположения оборудования цеха и электроприемников. В курсовом проекте планируется выполнить следующие задачи: – выбрать схемы питающей и распределительной сети цеха; – рассчитать электрические нагрузки; – выбрать компенсацию реактивной мощности; – выбрать аппараты защиты и управления в сети 0,4 кВ; – выбрать марки и сечения кабелей 10 кВ и 0,4 кВ; – рассмотреть вопросы заземления цеха; Целью данного курсового проекта является углубление знаний в области электроснабжения.  1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ1.1 Краткая характеристика среды и строительной части помещения Комплекс томатного сока (КТС) предназначен для производства томатного сока из исходного сырья (томатов). Технологический процесс осуществляется последовательно на двух автоматизированных технологических линиях и заканчивается закрытием банок с фасованной продукцией. Данный комплекс является составной частью современного крупного предприятия по переработке плодов и овощей. КТС имеет технологический участок, в котором установлены поточные линии, а также вспомогательные и бытовые помещения. Основные операции автоматизированы, а вспомогательные транспортные операции выполняются с помощью наземных электротележек и подъемников. Электроснабжение (ЭСН) осуществляется от собственной комплексной трансформаторной подстанции (КТП) 10/0,4 кВ, которая подключена к приемному пункту предприятия. Все электроприемники по бесперебойности ЭСН - 2 категории. Количество рабочих смен - 3 (круглосуточно). Грунт в районе здания - глина с температурой +12 С. Каркас здания сооружен из блоков - секций длиной 4,6 и 8 м каждый. Размеры цеха А х В х Н = 52 х 30 х 9 м. Все помещения кроме технологического участка, двухэтажные высотой 4,2 м. 1.2 Краткое описание технологического процесса Транспортные операции производятся с помощью подъемников и наземных электротележек. В цехе имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения. Токарные станки предназначены главным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьбы и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков и плашек. Шлифовальные станки применяются для чистовой обработки деталей шлифовальными абразивными кругами, снимающими с поверхности детали тонкий слой металла. На шлифовальных станках можно обрабатывать плоские, цилиндрические наружные и внутренние поверхности, шлифовать зубья шестерён, затачивать различные инструменты и т.д.  Сверлильные станки предназначены для сверления глухих и сквозных отверстий в сплошном материале, рассверливания, зенкерования, развертывания, нарезания внутренних резьб, вырезания дисков из листового материала.Ленточный конвейер - транспортирующее устройство непрерывного действия с объединённым грузонесущим и тяговым органом в виде замкнутой (бесконечной) гибкой ленты. Лента приводится в движение силой трения между ней и приводным барабаном; опирается по всей длине на стационарные ролик опоры. Основная задача моечных машин с 2 и более стадиями – эффективная очистка деталей, узлов и агрегатов. В первой стадии используется слабый раствор щелочи. Его небольшое количество в процессе очистки неизбежно задерживается на металлической поверхности, что в дальнейшем может спровоцировать окисление цветного металла. Чтобы этого избежать производится полоскание деталей деминерализованной водой – вторая стадия мойки.  2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ2.1 Выбор схемы питающей и распределительной сети цеха Сети напряжением до 1 кВ служат для распределения электрической энергии внутри цехов промышленных предприятий, а также для питания некоторых электроприемников, расположенных за пределами цеха на территории предприятия. На современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от встроенных и пристроенных подстанций. Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещения цеха, взаимным расположение трансформаторной подстанции и электроприемников, вводом питания, расчетной мощностью, требованием бесперебойности электроснабжения, технико-экономического соображения, условиями окружающей среды. Цеховые сети напряжением до 1000 В выполняются по радиальной, магистральной и смешанной схемам. Радиальные схемы характеризуются тем, что от источника питания, например, от распределительного щита 380/220 В цеховой ТП отходят линии, питающие крупные электроприемники (например, двигатели) или групповые распределительные пункты, от которых, в свою очередь, отходят самостоятельные линии, питающие более мелкие групповые РП или мелкие электроприемники. Радиальными выполняются сети насосных или компрессорных станций, а также сети пыльных, пожароопасных и взрывоопасных помещений. Распределение электроэнергии в них производится радиальными линиями от РП, вынесенных в отдельные помещения. Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания, в них легко может быть применена автоматика. Недостатком радиальных схем является то, что при них требуются большие затраты на установку распределительных щитов, прокладку кабелей и проводов.  Магистральные схемы находят наибольшее применение при более или менее равномерном распределении нагрузки по площади цеха (например, для питания двигателей металлорежущих станков в цехах механической обработки металлов). Применяются магистральные схемы и в других случаях. Так, если технологический агрегат имеет несколько электроприемников, осуществляющих единый, связанный технологический процесс, и прекращение питания любого из них вызывает необходимость прекращения работы всего агрегата, то в таких случаях надежность электроснабжения вполне обеспечивается при магистральном питании. В отдельных случаях, когда требуется весьма высокая степень надежности питания в непрерывном технологическом процессе, применяется двустороннее питание магистральной линии.Применение магистральных схем позволяет отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита низкого напряжения. На практике для питания цеховых потребителей применяются обычно смешанные схемы - в зависимости от характера производства, окружающей среды и т.п. При магистральных схемах, выполненных шинопроводами, перемещение технологического оборудования не вызывает переделок сети. Основным недостатком является то, что при повреждении магистрали отключаются все электроприемники. В данном цехе нагрузка не равномерно распределена по площади цеха и нуждается в бесперебойном питании и высокой надежности ЭСН, поэтому применяется радиальная схема питания 2.2 Расчет электрических нагрузок Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: мощности трансформаторных подстанций, питающих и распределительных сетей энергосистемы, заводских трансформаторных подстанций и их сетей. Поэтому правильное определение ожидаемых электрических нагрузок является основополагающим этапом при проектировании схемы электроснабжения. В настоящее время основным методом расчета электрических нагрузок промышленных предприятий является метод упорядоченных диаграмм (коэффициента максимума). Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводиться к определению максимальных (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников. На примере одной группы электроприемников, токарный станок, рассмотрим расчет электрических нагрузок. Общее число - 1. ΣРном = Рном х N = 12,0 х 1 = 12,0 кВт (1) Средняя нагрузка за максимальную нагруженную смену Рсм, кВт, определяется по формуле Рсм = Ки х ΣРном, (2)  где Ки - коэффициент использования электроприемников, Ки = 0,14;ΣРном-суммарная номинальная мощность электроприемников в группе с одинаковым режимом работы. Рсм = 0,14 х 12,0 = 1,68 кВт Определяется средняя нагрузка за смену Qсм, кВар, по формуле Qсм = Рсм х tgφ, (3) где tgφ- коэффициент реактивной мощности, tgφ = 1,73. Qсм = 1,68 х 1,73 = 2,91 кВар Далее определяется полная мощность Sсм, кВ*А, по формуле Sсм = √Р2 см + Q2см, (4) Sсм = √1,682 + 2,912 = 3,36 кВ*А Далее расчет производим по всей нагрузке РП Определяется максимальная активная нагрузка Рм, кВт, по формуле Рм = Рсм х Км, (5) где Км - коэффициент максимума активной нагрузки; Км зависит от Ки и nэ; nэ - эффективное число электроприемников, может быть определено по упрощенным вариантам. Рм = 2,44 х 3,64 = 8,88 кВт Определяется максимальная реактивную мощность Qм, кВар, по формуле Qм = Qсм х Км (6) где К'м - Коэффициент максимума реактивной мощности; При nэ≤10, Км = 1,1; nэ>10, К'м = 1 Qм = 1,1 х 4,22 = 4,64 кВар Полная мощность Sм, кВ*А, вычисляется по формуле Sм = √Р2 м + Q2м, (7) Sм = √8,88 2 + 4,642 = 10,02 кВ*А  Максимальный ток Iм, А, вычисляется по формулеIм = Sм/(√3 х 0,38), (8) Iм = 10,02/(√3 х 0,38) = 15,22 А Расчет электрических нагрузок остальных групп электроприемников производится аналогично и приведен в таблице 1 «Сводная ведомость нагрузок» Нагрузка 3-фазной мощности повторно кратковременного режима не сводится к длительному режиму, поэтому кабель для электрического подъемника передвижного необходимый для подключения будет иметь сечение более 10 мм2. 2.3 Компенсация реактивной мощности Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели, трансформаторы, реакторы и прочие электроприемники. Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать расчетную реактивную мощность КУ, тип компенсирующего устройства и напряжение КУ. Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения: Qкр = аРр(tgф - tgфк) (9) где QКР – расчетная мощность КУ, кВар; Рр – расчетная активная мощность, кВт; а – коэффициент, учитывающий повышение cosф естественным способом, принимается, а = 0,9; tgф, tgфк – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации. Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения коэффициента мощности cosфк= 0,92…0,95 (tgфк =0,33…0,43). tgф находится по формуле: tgф = (Q+Qp) / (Р+Рр) = 68,84 / 90,32 = 0,76 (10) Qкр = 0,9 х 90,32 х (0,76 - 0,33) = 34,95 кВар Задавшись типом КУ, зная QКР и напряжение сети выбираем стандартную компенсирующую установку мощностью Qку.ф 15 кВар марки УКРМ-0,4-15-3-5 на каждую секцию. Фактическое значение коэффициента мощности cosфк после компенсации реактивной мощности определим по формуле:  cosфк=сos (arctg (tgф – Qкуф /а х Рр) (11)сos фк = cos (artan (0,76 – 30/ 0,9 х 90,32)) = 0,93 Таблица 2 - Технические характеристики конденсаторной установки
2.4 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов с учетом силовой и осветительной нагрузки Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях промышленных предприятий, является одним из основных вопросов рационального построения схемы электроснабжения. Данный цех имеет пристроенную ТП, которая получает питание от приемного пункта предприятия напряжением 10 кВ. Для цеховых подстанций с первичным напряжением 10 кВ применяются масляные, сухие трансформаторы или трансформаторы, заполненные негорючей жидкостью. Для внутренней установки преимущественно применяются сухие трансформаторы.  Так как в цехе потребители 2 и 3 категории электроснабжения, то для всего цеха выбираем 2 категорию электроснабжения с двумя трансформаторами и ручным включением резерв, т.е. перерыв в электроснабжении всего цеха приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих. Потребители должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников питания, перерыв допускается на время включения резерва оперативным персоналом.На однотрансформаторных подстанциях при наличии взаимного резервирования с помощью перемычек на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирается исходя из величины коэффициента загрузки. Коэффициент загрузки цеховых трансформаторов (при преобладании нагрузок второй категории) β= 0,7…0,8. Выбор мощности трансформаторов Sтр, кВ*А, выбирается из условия Sтр ≥ Sрасч/n х βт, (12) где Sрасч - максимальная расчетная мощность, кВ*А; n - количество трансформаторов, шт.; n = 2; βт - коэффициент загрузки; Sтр ≥ 98,32/ 0,7 х 2 = 70,23 кВ*А Βт = Sрасч/n х Sтр (13) βт = 98,32/2 х 100 = 0,49 Таблица 3 - Сравнение характеристик трансформаторов
 Продолжение таблицы 3 - Сравнение характеристик трансформаторов
Временное первенство сухих трансформаторов обусловлено прежде всего такими их важными преимуществами, как пожаробезопасность и экологическая чистота. Выбираем трансформатор КТП 100/10/0,4. Таблица 4 - Технические характеристики трансформатора
2.5 Выбор способа прокладки питающей и распределительной сети От приемного пункта предприятия до трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ напряжение подается по силовым кабелям, которые проложены в траншее на глубине 1 м, расстояние между кабелями 200 мм.  Внутри цеха кабели до РП, ЯУ прокладываются по кабельным конструкциям на высоте 3 м.Шинопровод на подвесах устанавливается на высоте 3 м от уровня пола. На спуске кабельной линии с высоты 2 м до уровня пола кабель прокладывается в трубе для исключения возможности повреждения кабеля. 2.6 Выбор аппаратов защиты и управления в сетях 0,4 кВ Электрооборудование и кабельные линии цеха должны быть надежно защищены от ненормальных режимов работы: перегрузок, коротких замыканий и т.д. Для предотвращения перегрева оборудования и проводников каждый участок сети снабжается защитным аппаратом, отключающим поврежденный участок с наименьшим временем действия. В сетях напряжением до 1 кВ в качестве аппаратов защиты могут применяться автоматические выключатели (автоматы), предохранители, тепловые реле, магнитные пускатели. Автоматы выбираются согласно условиям По напряжению Uн ≥ Uс; где Uн.а - номинальное напряжение автомата, В; Uс - напряжение сети, В. По току Iн.а ≥ Iс; где Iн.а - номинальный ток автомата, А; Iс - ток сети, А. По току расцепителя I н.р ≥ 1,25 х I н.д - для одиночных двигателей; (14) I н.р ≥ 1,1 х I н.д - для многоприводных двигателей; (15) где I н.р - номинальный ток расцепителя, А; I н.д - номинальный ток двигателя, А. Выбор автоматов производится следующим образом, что показано на примере токарного станка: Номинальный ток двигателя Iн.д, А, находится по формуле:  Iн.д = Рн/√3 х Uн х соsφ; (16)где Рн - номинальная мощность электродвигателя, кВт; Uн - номинальное напряжение электродвигателя, В; соsφ - коэффициент мощности. Определяется номинальный ток токарного станка: Iн.д = 12,0/1,73 х 0,38 х 0,5 = 36,36 А Номинальный ток расцепителя I н.р, А, вычисляется по формуле Iн.р = 1,1 х 36,36 = 40,0 А Iн.р = 50 А. Выбираем автоматический выключатель ВА47-100 Iн.а, = 100А, Iн.р. = 50А Выбор остальных автоматов производится аналогичным образом и приводится в таблице 6. Для управления вентиляторами М9, М10, устанавливаем два ящика управления Б5130-3074 (Ящик управления нереверсивным двигателем с питанием цепи управления фазным напряжением с автоматическим выключателем ВА49-27 Iн.а.= 16 А, Iн.р. = 12,5 А. Для подъемников Рном = 4,5 кВт, Iрасч = 13,64 А выбирается ящики с рубильником (ЯР) ЯВЗ-100 с предохранителем типа ПН2-100, Iпл.вст = 16 А. Таблица 5 - Технические характеристики ящиков управления
 Таблица 6 - Выбор аппаратов защиты
2.7 Выбор марки и сечения проводников питающей и распределительной сети Проводники электрических сетей от проходящего по ним тока нагреваются, и при этом в них происходит выделение определенного количества теплоты. Нарастание температуры происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделенном в проводнике и переданной в окружающую среду. Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и нарушению пожаробезопасности. В ПУЭ устанавливаются предельно-допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника.  Предельно-допустимый ток по нагреву - это ток, при котором устанавливается наиболее длительная температура нагрева проводника. Значения этих токов выбираются в зависимости от безопасности обслуживания сетей, способа прокладки кабеля, температуры окружающей среды и износа изоляций проводников различных марок и сечений.При расчете сетей по нагреву сначала выбирают марку проводника. В данном комплексе томатного сока применяются кабели марки ВВГнг(А)-LS с медными жилами. Затем выбирают сечение проводников по условию длительно-допустимых токов по условию Iд.д ≥ Iрасч Значение длительно-допустимых токов в ПУЭ составлены для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +15 °С; температура земли +15 °С. Если условие прокладки проводников отличается от нормальных, то допустимый ток I'д.д, А, определяется с поправкой на температуру и на количество кабелей проложенных в одной траншее по формуле I'дд = Iдд х Кп1 х Кп2 (17) где Iд.д - длительно допустимый ток, А; Кп1- поправочный температурный коэффициент; Кп2- коэффициент, зависящий от количества параллельно прокладываемых кабелей и расстояния между ними. Выбор кабелей в сети 0,4 кВ осуществляется по отключающей способности автоматов и по потере напряжения. Выбор кабеля для питания токарного станка Iрасч = 1,25 х Iн.д. = 1,25 х 36,36 = 45,45 А; (18) Кп1 = 0,92. Кп2 – отсутствует, кабель проложен по кабельным конструкциям, в воздухе 0,92 – поправочный коэффициент для четырёхжильного кабеля, с медными жилами. Длительно-допустимый ток Iд.д = 60А. Выбирается кабель марки АВВГнг(А)-LS 4 х 16 I'д.д = 60 х 0,92 х 0,92 = 50,78 А Данный кабель проверяют по условию  Iд.д ≥ Iрасч,,50,78 А > 45,45 А Данный кабель по нагреву проходит. Выбор сечения остальных проводников приведен в таблице 7. Далее кабель проверяют на отключающую способность автомата по условию Iн.р ≤ I'д.д 50,0 А < 50,78 А По отключающей способности автомата кабель проходит. Таблица 7 - Выбор марки и сечения кабеля
Продолжение таблицы 7 - Выбор марки и сечения кабеля Выбор силового кабеля производится по экономической плотности тока jэк, А/мм2, которая определяется по таблице ПУЭ 1.3.36, в зависимости от числа использования максимума нагрузки и кабеля jэк = 1,4 А/мм2. Экономическое сечение Sэк, мм2, вычисляется по формуле Sэк ≥ Iрасч/jэк; где Iрасч - расчетный ток, А; jэк - экономическая плотность, А/мм2. Расчетный ток Iрасч, А, вычисляется по формуле Iрасч = Sтр/√3 х Uн; где Sтр - номинальная мощность трансформатора, кВ*А; Uн - номинальное напряжение, кВ. Sтр = 100 кВ*А; Uн = 10 кВ; jэк = 1,4 А/мм2. Iрасч 1 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||