Технико-экономическое обоснование выбора темы
Главной задачей промышленности являются более полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и высококачественной продукции. Для этого предусматривается расширение выпуска наиболее экономических видов машин, электрооборудования, систематическое обновление выпускаемой продукции, повышение ее технического уровня и качества, улучшение эксплуатационных и потребительских свойств изделий. Дальнейшее повышение производительности труда во многом зависит от роста вооруженности труда. Для решения вопросов технического совершенствования производства предусмотрено повышение уровня электрификации производства и эффективности использования электроэнергии, в этом экономика играет большую роль.
Рост производительности труда и снижение себестоимости продукции являются необходимыми условиями экономического прогресса общества, а также динамического и пропорционального развития единого народно-хозяйственного комплекса страны. Эффективность производства и качество продукции во многом определяются надежностью средств производства и в частности электрооборудования. Основной задачей персонала, обслуживающего электроустановки, является обеспечение высокой надежности и бесперебойности производственных процессов, длительной сохранности электрооборудования и экономичного расходования электроэнергии.
Электрооборудование промышленных предприятий и установок проектируется, монтируется и эксплуатируется в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и другими руководящими документами.
Электроснабжение – это непрерывная работа и совокупность взаимосвязанных электроустановок, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии потребителю.
Электрооборудование нельзя рассматривать отдельно от конструктивных особенностей того или иного цеха, поэтому специалисты в области электрооборудования промышленных предприятий должны быть хорошо знакомы как с электрической частью, так и с основами технологических процессов, а значит и применяемым в них оборудованием.
Поэтому в современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т.е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройства, посредством которых производится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологических процессов.
Задачи электроснабжения:
1. Надежность, которая зависит от правильности выбора схем оборудования и защиты по категориям ЭП.
2. Качество обеспечивает нормирование колебаний напряжения и частоты.
3. Экономичность – это потребление электроэнергии с нормально работающим оборудованием, т.е. с наибольшей отдачей.
Задачи электроснабжения не должны осуществляться, если не приняты все необходимые меры по охране труда, т. к. не соблюдение правил проводит к несчастным случаям, травмам и увечьям, а ошибки электроснабжения могут привести к неблагоприятным воздействиям на экологию окружающей среды.
Характеристика цеха
Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приёмники электроэнергии.
Механический цех обладает крупным парком металлорежущего оборудования, в т.ч. отрезными полуавтоматами, токарными, фрезерными, расточными и координатно-расточными станками, станками с ЧПУ и специализируется, в основном, на изготовлении деталей резанием.
Проектируемый цех имеет служебные помещения и станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование.
Кран мостовой - для транспортировки грузов вдоль и поперек всего цеха используется, приводимый в движение асинхронными двигателями, для погрузки или разгрузки автотранспорта - кран-балка (тельфер). Управление двигателями производится с кнопочного поста по релейно-контакторной реверсивной схеме. Все элементы размещаются в технических шкафах в непосредственной близости от места работы оператора крана. В схему управления включена защита от падения груза из-за падения напряжения. При отключении питания срабатывают механические тормоза двигателя главного движения, что приводит к заклиниванию вала.
Продольно-строгальные станки предназначены для обработки плоских поверхностей различных деталей. На них можно производить черновое, чистовое, а также отделочное строгание. Эти станки применяют в основном в условиях единичного и мелкосерийного производства, а также в ремонтных цехах.
Станки плоскошлифовальные предназначены для шлифования абразивным или алмазным кругами плоских поверхностей деталей, закрепленных на зеркале стола, магнитной плите или в приспособлении.
Станки токарно-револьверные предназначены для токарной обработки деталей из прутка, а также штучных заготовок из стали, чугуна и цветных сплавов в условиях мелкосерийного и серийного производства.
Станки токарные позволяют полностью использовать возможности быстрорежущего и твердосплавного инструмента при обработке как черных, так и цветных металлов.
Станки фрезерные предназначены для выполнения разнообразных копировальных работ по плоским копирам, а также для объемного копирования. Он может быть использован и для обычных мелких фрезерных работ (при этом пантограф закрепляют неподвижно, а стол изделия перемещают вручную).
Станки расточные предназначены для обработки отверстий в кондукторах, приспособлениях и деталях, требующих высокой точности взаимного расположения осей отверстий.
Станки вертикально-сверлильные предназначены для обработки деталей из различных конструкционных материалов в условиях единичного и мелкосерийного производства. Выполняют операции сверления, зенкерования, зенкования, растачивания, нарезания резьбы метчиками, фрезерования.
Станки радиально-сверлильные предназначены для обработки отверстий в мелких и средних деталях и позволяет выполнять: сверление; рассверливание; зенкерование; зенкование; развертывание; нарезание резьб. Конструкция станка обеспечивает широкие возможности и позволяет: поворачивать сверлильную головку и при необходимости рукав вокруг своих осей; вести обработку отверстий расположенных ниже уровня "пола".
Электрическая печь сопротивления - точное распределение температуры в печи, футеровка – из высококачественных керамо-волокнистых модулей, Перемещение вагонетки с помощью электродвигателя, двухзоная регуляция, возможность контролировать печь через программу на ПК.
Электрические печи индукционные - индукционная плавильная печь, электротермическая установка для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В промышленности применяют в основном индукционные тигельные печи и индукционные канальные печи.
Кроме этого в цехе установлены вентиляторы. Вентиляторы являются основным элементом различных вентиляционных установок. Они обеспечивают технологический процесс производства и условия трудовой деятельности.
Механический цех представляет собой часть производственного комплекса и выполняет следующие задачи:
- осуществление планово-предупредительного ремонта, который включает в себя наружный осмотр сетей и электрооборудования.
- текущий ремонт, который включает в себя работы, выполняемые без разборки узлов(чистку, продувку, смазку, замену мелких деталей, крепление контактных соединений и т.п.).
- капитальный ремонт, который предусматривает полную разборку машин и агрегатов, отправку отдельных частей оборудования для ремонта в мастерские или на ремонтные заводы, замену крупных узлов оборудования (секций обмоток, тормозов, подшипников, отдельных участков электропроводок и кабельных линий). По завершении капитального ремонта проводят комплекс пусконаладочных работ и испытаний, установленных для вновь монтируемых установок.
Структура цеха состоит из отделений и участков.
1.Вальцетокарное отделение.
Отделение осваивает и осуществляет расточку валков под новые профили, которые осваиваются прокатчиками для реализации и для нужд предприятия в целях экономии ремонтного отдела.
2.Слесарный участок.
Изготовленные на других участках отдельные детали машин и приспособлений поступают на слесарно-монтажный участок. Из этих деталей работники участка собирают сборочные единицы, комплекты или агрегаты, из которых монтируются машины.
3. Участок плазменной резки.
С помощью молотов после печей деталям придают необходимую форму и качество структуры для последующей обработки.
4. Термическое отделение
В нем располагаются аппараты, предназначенные для термообработки стальных изделий в окислительной атмосфере (воздухе); для сушки, подогрева, прокаливания и различных испытаний материалов в лабораторных и промышленных условиях при положительных температурах; для проведения различных процессов термической обработки в воздушной среде (нагрев, спекание, прокалка, отжиг и др.)..
5. Станочное отделение.
В нем располагаются станки, которые занимаются выполнением разнообразных токарных и резьбовых работ в центрах или в патроне; наружным и внутренним долблением плоских и фасонных поверхностей, вырезов и канавок, а также долблением с поднутрием до 10 градусов; обработкой плоских и фасонных горизонтальных поверхностей, подрезкой вертикальных поверхностей; чистовыми фрезерными работами, а также производят расточные работы; обработкой горизонтальных и вертикальных плоскостей, пазов, рамок, углов, зубчатых колес, спиралей, моделей штампов, пресс-форм и других деталей из стали, чугуна, цветных металлов, их сплавов и других материалов; фрезерованием цилиндрических прямозубых и косозубых колес из стали, чугуна, легированных сталей, легких сплавов способом обкатки червячной фрезой; шлифованием периферией круга плоских и конусных (выпуклых и вогнутых) поверхностей различных изделий; обтачиванием и растачиванием цилиндрических и конических поверхностей, протачиванием торцовых поверхностей, прорезкой канавок и отрезкой, сверлением; обработкой отверстий с точным расположением осей, размеры между которыми заданы в прямоугольной системе координат.
Характеристики условий среды по отделениям приведены в таблице 1.1. Электрические нагрузки цеха приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.1 – Характеристика условий среды
Таблица 1.2 – Электрические нагрузки цеха
Рисунок 1.1 – План цеха
.
2.Электрическая часть
| 5,6 |
| 12,9 |
| 4,2 |
| 1,7 |
| 4,5 |
| 1,0 |
| 5,2 |
| 10,0 |
| 10,0 |
| 76,0 |
| 4,0 |
| 30,0 |
| 17,5 |
| 10,0 |
| 10,5 |
2.1 Расчет электрических нагрузок
2.1.1 Расчет силовых электрических нагрузок
Расчёт электрических нагрузок силовых электроприёмников выполняется как по отдельным узлам цеховых сетей (силовым шкафам), так и для всего цеха в целом, включая расчёт осветительных нагрузок.
Расчёт электрических нагрузок по цеху необходим для выбора типа и мощности трансформатора цеховой трансформаторной подстанции.
Расчёт производится в зависимости уровня электроснабжения. На втором уровне электроснабжения нагрузка определяется методом расчётного коэффициента /1/. Ко второму уровню электроснабжения относятся линии, связывающие отдельные электроприёмники с силовыми пунктами.
Все электроприёмники цеха группируются по расчётным узлам (по территориальному или технологическому признаку). При распределении электроприёмников учитывается комплектация силовых пунктов /2/.
В пределах каждого узла электроприёмники группируются по характерным категориям, с одинаковым cosφ и мощностью. Резервные приёмники при этом не учитываются, также не учитываются электроприёмнки с кратковременным режимом работы. Из справочных данных выписываются коэффициенты использования Ки и cosφ.
Расчет электрических нагрузок является наиболее ответственной задачей, поскольку точное определение электрических нагрузок, и возможно близкое к действительным, имеет большое практическое значение для правильного выбора мощности силовых трансформаторов, сечений проводов, кабелей и экономичности работы сетей при эксплуатации.
Пример расчета электрических нагрузок приводится для СП1.
Электроприемники, подключенные к силовому пункту:
| Вальцетокарный станок | 1x44 кВт, |
| Вальцетокарный станок | 2x12,5 кВт, |
| Заточный станок | 1x1,75 кВт, |
| Вальцетокарный станок | 2x31,6 кВт, |
| Станок для наплавки валков | 2x102 кВт, |
| Печь для нагрева валов | 1x110 кВт. |
Определение суммарной мощности электроприемников, кВт
, (2.1)
.
Количество электроприемников, подключенных к узлу, шт
.
Эффективное число электроприемников, шт,
, (2.2)
Полученное значение округляем до ближайшего меньшего числа.
.
Принимаем 
.
Определение произведения 
и 
, кВт,
| Вальцетокарный станок | 1x44 кВт, |  ,
|  ,
|  ,
|
| Вальцетокарный станок | 2x12,5 кВт, |  ,
|  ,
|  ,
|
| Заточный станок | 1x1,75 кВт, | ,
| ,
| ,
|
| Вальцетокарный станок | 2x31,6 кВт, | 
| 
| 
|
| Установка для наплавки валков | 2x102 кВт, | 
| 
| 
|
| Печь для нагрева валов | 1x110 кВт, |
|
| 
|
Определение группового коэффициента использования,
, (2.3)
.
Определение расчетного коэффициента /3/ в зависимости от 
и 
.
Определение расчетной активной мощности узла, кВт,
, (2.4)
.
Если 
окажется меньше суммы трех наибольших ЭП, то она принимается равной сумме трех наибольших ЭП.
. (2.5)
Сумма трех наибольших ЭП узла с учетом коэффициента загрузки (принимается равным 0,8), кВт,
.
Определение расчетной реактивной мощности узла, квар,
, при 
; (2.6)
, при 
; (2.7)
(2.8)
.
Полная расчётная мощность узла, кВА,
, (2.9)
.
Расчётный ток узла, А,
, (2.10)
.
Расчет электрических нагрузок для других узлов проводится аналогично, результаты расчета сведены в таблицу 2.3.
2.1.2 Расчет электрических нагрузок 3 уровня
Расчёт производится в зависимости уровня электроснабжения. На третьем уровне электроснабжения нагрузка определяется методом расчётного коэффициента. К третьему уровню относят шины низшего напряжения цеховой трансформаторной подстанции. Все силовые электроприёмники группируются по характерным категориям с одинаковыми коэффициентом использования и 
в независимости от их мощностей.
Пример расчёта электрических нагрузок приводится для КТП.
Общее число ЭП, шт.,
N =91.
Суммарная номинальная мощность 
, кВт,
.
Сумма произведений 
и 
,
Средневзвешенное значение коэффициента использования,
,
Эффективное число электроприёмников, шт,
, (2.11)
Таким образом, 
.
В зависимости от 
и коэффициента использования определяется расчётный коэффициент 
.
Для и 
находим, что 
.
Расчётная активная мощность по формуле (2.4), кВт,
Реактивная мощность, квар,
, (2.12)
Полная мощность по (2.9), кВА,
Расчётный ток по (2.10), А,
Результаты расчета электрических нагрузок сведены в таблицу 2.3. Расчет электрических нагрузок для КТП таблице 2.4. Расчет электрических нагрузок по секциям приведен в таблице 2.5.
2.1.3 Расчет пиковых нагрузок
Пиковой нагрузкой одного или группы электроприемников называется кратковременная нагрузка (1-2 секунды), обусловленная пуском электродвигателей, эксплуатационным коротким замыканием и т.д.
При количестве электроприемников:
, (2.13)
, (2.14)
. (2.15)
где 
- номинальный ток наибольшего электроприёмника, А,
, (2.16)
- пусковой ток наибольшего электроприёмника, А,
, (2.17)
где Kп – кратность пускового тока наибольшего электроприёмника, о.е.
Kп = 5¸7 – для асинхронного электродвигателя с к.з. ротором или синхронного двигателя;
Kп ≥ 2,5 – для двигателя постоянного тока или асинхронного с фазным ротором;
Kп ≥ 3 – для печных и сварочных трансформаторов.
Пример для узла 1 (СП1): т.к. то 
определяем по (2.14),
Для остальных узлов цеха расчёт приведён в таблице 2.3.
Продолжение таблицы 2.3
Продолжение таблицы 2.3
Продолжение таблицы 2.3
Продолжение таблицы 2.3
Таблица 2.4 - Расчёт электрических нагрузок для КТП
Таблица 2.5 - Расчёт электрических нагрузок по секциям
2.3 Расчет освещения цеха
2.3.1 Светотехнический расчет
Расчет для всех помещений ведется по методу коэффициента использования светового потока. Задачей светотехнического расчета является определение числа и мощности источников света. Тип источника света выбирается в зависимости от высоты помещения. При высоте помещения больше 6 м применяются лампы типа дуговые ртутные (ДРЛ), при высоте до 6 м – люминесцентные лампы (ЛЛ).
Таблица 2.6 – Выбор типа источника света
В качестве примера приводится расчет числа и мощности источников света для участка плазменной резки.
На основании условий среды и выбранного типа источника света по /2/ выбирается светильник – РСП05. Для выбранного типа светильника определяется: кривая силы света (КСС) – К-1, степень защиты IP20 и общий КПД – 0,8.
Высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м,
, (2.18)
где H – высота помещения, м;
hc.– высота свеса светильника, м;
hр – высота рабочей поверхности, м.
Расстояние между рядами светильников, м,
 ,
| (2.19) |
где lс – относительное расстояние между светильниками /2/, принимается 1,2,о.е.
 .
|
Число рядов светильников в помещении, шт.,
 ,
| (2.20) |
|
Принимается 
.
Число светильников в ряду, шт.,
(2.21)
Принимается 
.
Индекс помещения, о.е.,
, (2.22)
Коэффициент использования светового потока, о.е.,
 ,
| (2.23) |
где hп – коэффициент использования помещения, определяемый в зависимости от индекса помещения, от сочетания коэффициентов отражения поверхностей помещения, от КСС светильника /2/, для i=2,02, rп =0,3, rс = 0,1, rр =0,1 и КСС типа К-1 hп =0,836%.
.
Расчетный световой поток лампы, лм,
 ,
| (2.24) |
где Ен – нормативная минимальная освещённость;
kзап – коэффициент запаса, равный 1,5 /2/;
z – коэффициент, характеризующий неравномерность освещения, равный 1,2, о.е.;
F – площадь помещения, м2,
 ,
| (2.25) |
,
 .
|
К установке принимается лампа ДРЛ-700 с 
и световым потоком 
.
Расстояние от крайнего ряда до стены, м,
, (2.26)
.
Расстояние между светильниками в ряду, м,
, (2.27)
.
Должны выполняться условия:
, (2.28)
,
,
Условия выполняются.
Суммарное значение расчётного светового потока, лм,
(2.29)
Суммарное значение действительного светового потока, лм,
Отличие действительного потока от расчетного определяется по формуле,%,
| (2.30) |
 .
|
Отличие не превышает допустимые пределы, следовательно расчет выполнен верно.
Данные для расчёта освещения отделений приведены в таблице 2.7. Результаты светотехнического расчета освещения ламп ДРЛ и ЛЛ приведены в таблице 2.8 и 2.9 соответственно.
Расчетная активная нагрузка освещения, кВт,
 ,
| (2.31) |
где 
- коэффициент спроса осветительной нагрузки равный 0,95 для производственных зданий, состоящих из крупных пролетов;
- установленная мощность осветительных электроприёмников, с учетом потерь в пускорегулирующих аппаратах, кВт:
 ,
| (2.32) |
где Кпра – коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре, для ДРЛ Кпра = 1,05;
- номинальная мощность лампы, кВт,
 .
|
 .
|
Расчетная реактивная нагрузка освещения, квар,
 ,
| (2.33) |
где 
– коэффициент реактивной мощности освещения, равный 1,44, о.е.
 .
|
Расчёт осветительных нагрузок методом коэффициента использования светового потока для оставшихся помещений производится аналогично, результаты расчёта сведены в таблицу 2.10.
Расположение светильников в цехе показано на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2- Расположение светильников в цехе
2.3.2 Расчет освещения в помещении КТП
Расчет освещения в КТП производится точечным методом, так как рабочая поверхность расположена в вертикальной плоскости на шкафах РУ НН. В КТП с разрядом зрительных работ IV, с размерами 6х12х4 необходимо достичь освещенности 
, используются светильники ЛСП02 с лампами ЛБ-40 со следующими параметрами:
- степень защиты –IP20;
- тип кривой силы света (КСС) – Д-2;
- КПД светильника - hс =0,72.
Выберем точку на вертикальной поверхности КТП, для нее определяется освещенность от двух ближайших источников света, лк,
, (2.34)
где 
- условная освещенность от каждой точки, лк,
, (2.35)
где 
- горизонтальная освещенность, лк и угол α определяются по /1/, в зависимости от расстояния от проекции светильника на расчетную поверхность до расчетной точки d и расчетной высоты h, м.
- сила света, определяемая по /1/, в зависимости от α и типа КСС, кд.
Рисунок 2.3 – Определение освещенности в КТП
Освещенность в контрольной точке А определяется, лк,
, (2.36)
где Ф – световой поток лампы, лм,
- коэффициент, учитывающий действие более удаленных светильников и отраженную составляющую освещенности, принимаем 1,2,
- коэффициент запаса для КТП принимается равным 1,5.
Рассчитывается условная освещенность для точки 1, лк,
,
Данные по точке сведены в таблицу 2.11.
Таблица 2.11 – Определение освещенности точечным методом в КТП.
Определяется освещенность в точке А, лк,
,
,
Полученная освещенность в точке А больше требуемой 100 лк.
2.3.3 Расчёт аварийного освещения
Аварийное освещение подразделяется на освещение безопасности и эвакуационное.
В цехе должно предусматриваться эвакуационное освещение и световые указатели «выход», поскольку в этом помещении может одновременно находиться более 20 человек. Эвакуационное освещение выполняется по основным проходам. В качестве светильников эвакуационного освещения применяются люминесцентные лампы (ЛЛ).
Светильники аварийного освещения (освещения безопасности, эвакуационного) допускается предусматривать работающими одновременно со светильниками рабочего освещения, создавая общую освещенность согласно нормам, и автоматически включаемыми только при прекращении питания нормального освещения.
Эвакуационное освещение в цехе питаются от 2-й секции трансформаторной подстанции. Для эвакуационного освещения цеха применяются светильники ЛСП02 с лампами ЛБ-40 и светильники «Выход-EXIT» CCA1001 на светодиодах, технические характеристики которых приведены в таблице 2.12. Питание светодиодных светильников производится не от КТП и при дальнейших расчетах не учитываются.
Таблица 2.12 - Технические характеристики светильников «Выход»
Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5 лк на полу основных проходов и на ступенях лестниц. Освещенность определяется точечным методом. Данный метод служит для расчёта освещения на поверхностях, различным образом расположенных в пространстве и при любом распределении источников света.
Создаваемая от каждого светильника освещённость (е) называется условной. Данная освещённость зависит от светораспределения светильников и геометрических размеров: расстояния от проекции светильника на расчётную поверхность до контрольной точки (h ) и расчётной высоты (d).
Суммарное действие «ближайших» светильников создаёт в контрольной точке условную освещённость Σе. Действие более удалённых светильников и отражённая составляющая освещённости учитывается коэффициентом μ (μ=1,1-1,2).
Расчет освещенности в контрольных точках производится по точечному методу, суть которого сводится к вычислению суммарной освещенности, определяемой значениями сил света всех точечных излучателей, освещающих эту точку.
Рисунок 2.4 – Расположение светильников аварийного освещения
, (2.37)
где Ф- световой поток светильника, для ЛСП02 (лампы ЛБ мощностью 40 Вт) Ф=2850 лм.;
- коэффициент, учитывающий действие удаленных источников света и отраженную составляющую, =1,2;
- сумма освещенностей в контрольной точке от рассматриваемых источников света, лк.;
к- коэффициент запаса, к=1,5.
Для определения рассматриваются два ближайших к контрольной точке светильника.
Условная освещенность, лк,
, (2.38)
где e100 – горизонтальная освещенность, лк;
Iα – сила света,
Iα и e100 определяются по /1/ в зависимости от d и 
.
Таблица 2.13 –Расчет аварийного освещения
Суммарная освещенность в точке А, лк.,
, (2.39)
=2,4+1,39=3,79.
Освещенность в точке А определяется, лк.,
.
=8,63 лк > =0,5 лк,
Данное расположение светильников удовлетворяет требованиям, предъявляемым к аварийному освещению.
Расчетная активная нагрузка аварийного освещения, кВт,
 ,
| (2.40) |
где 
- коэффициент спроса осветительной нагрузки равный 0,95 для производственных зданий, состоящих из крупных пролетов; 0,6 для складских помещений.
- установленная мощность осветительных электроприемников, с учетом потерь в пускорегулирующих аппаратах, кВт:
| ,
| (2.41) |
где Кпра – коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре, для ЛЛ Кпра = 1,2;
- номинальная мощность лампы, кВт,
 .
| ||
 .
| ||
Расчетная реактивная нагрузка освещения, квар,
| ,
| (2.42) |
где – коэффициент реактивной мощности освещения, равный 0,484, о.е.
 .
|
Расчетная активная нагрузка указателей «выход», кВт,
