Информационные источники

Содержание

 

Введение……………………………………..………………..………………
1 Расчетная часть……………………………………………………………
1.1 Выбор схемы электроснабжения цеха………………………………...
1.2 Расчет электрических нагрузок электроприемников…………………
1.3 Объединение электроприемников в группы……………………….….
1.4 Расчет электрических нагрузок групп электроприемников и цеха…..
1.5 Расчет мощности питающих трансформаторов………………………
1.6 Расчет и выбор компенсирующих устройств………………………….
1.7 Выбор мощности питающих трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности………………………………………..
1.8 Выбор оборудования щитов и распределительных пунктов…………
1.9 Выбор питающих и распределительных линий……………………...
1.10 Расчет и выбор аппаратов защиты……………………………….…..
1.11 Расчет токов короткого замыкания……………………………….….
1.12 Проверка выбранного оборудования…………………………….…..
2 Технологическая часть…………………………………………………….
2.1 Организация ремонтных и эксплуатационных работ………………..
2.2 Ремонт и наладка силовых трансформаторов………………………...
2.3 Ремонт и наладка распределительных пунктов 0,4 кВ……………….
2.4 Ремонт кабельных линий……………………………………………….
2.5 Техника безопасности при ремонте и обслуживании электрооборудования………………………………………………………...
3 Экономическая часть…………..…………………………………………..
Заключение………………………………………..…………………………
Информационные источники…………………..…………………………...

Введение

Электрооборудование промышленных предприятий и установок проектируется, монтируется и эксплуатируется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (далее – ПУЭ) и другими руководящими документами.

Тема выпускной квалификационной работы: «Разработка схемы электроснабжения и выбор электрооборудования для электропитания цеха металлорежущих станков».

Основным этапом работы является расчетная часть, в которой произведен выбор схемы электроснабжения, расчет электрических нагрузок, выбор компенсирующих устройств и мощности питающих трансформаторов, расчет и выбор оборудования распределительных устройств 0,4 кВ и аппаратов защиты, выбор питающих и распределительных линий, расчет токов короткого замыкания.

В технологической части рассмотрены вопросы организации ремонтных и эксплуатационных работ, ремонта и наладки электрооборудования, а также техники безопасности при ремонте и монтаже электрооборудования.

В экономической части произведен расчет себестоимости электромонтажных работ.

Исходными данными для проектирования является план цеха с расположением основного электрооборудования. Перечень электроприемников (ЭП) с указанием мощности электропотребления для одного ЭП представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Перечень электрооборудования цеха металлорежущих станков

№ на плане	Наименование ЭП	Рн ЭП, кВт	Примечание
1, 11, 40	Электропривод раздвижных ворот	3,5	ПВ = 25 %
2 – 4	Универсальные заточные станки	2,5
5, 10	Заточные станки для червячных фрез

 

Продолжение таблицы 1

6, 7	Резьбошлифовальные станки	4,8
8, 9	Заточные станки для фрезерных головок
12, 13, 17 – 19	Круглошлифовальные станки	10,2
14-16	Токарне станки	6,5
20 – 22	Вентиляторы
23, 24, 29, 30, 36, 37	Плоскошлифовальные станки
25 – 28, 34, 35	Внутришлифовальные станки	8,9
	Кран-балка		ПВ = 40 %
32, 33, 38, 39	Заточные станки	2,8

Рисунок 1 – План расположения электрооборудования цеха

металлорежущих станков

 

Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного производства деталей по заказам.

ЦМС предусматривает наличие производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного назначения размещаются в станочном, заточном и резьбошлифовальном отделениях.

Транспортные операции выполняются с помощью кран-балки и наземных электротележек.

Количество рабочих смен – три, потребители цеха имеют вторую и третью категорию по надежности электроснабжения. Грунт в районе ЦМС – глина с температурой плюс 5 ^оС, каркас здания смонтирован из блоков-секций длиной 6 и 8 метров каждый.

Размеры цеха А × В × Н = 50 × 30 × 8 м, площадь – 1500 м².

Расчетная часть

1.1 Выбор схемы электроснабжения цеха

Для распределения электрической энергии внутри цехов промышленных предприятий служат трёхфазные электрические сети напряжением до 1000 В.

Схема внутрицеховой сети определяется планировкой цеха, технологическим процессом производства, взаимным расположением ЭП, ТП и вводов питания, расчетной мощностью ЭП, требованиями бесперебойности электроснабжения, условиями окружающей среды и технико-экономическими показателями.

Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии. Они характеризуются тем, что от источника питания (цеховой ТП) отходят линии, питающие непосредственно мощные ЭП или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие ЭП.

Выбираем радиальную схему электроснабжения цеха с использованием распределительных пунктов.

Электроснабжение участка токарного цеха осуществляется от основного источника – цеховой трансформаторной подстанции (ТП) напряжением 10/0,4 кВ, расположенной в пристройке цеха металлоизделий, и резервного ТП соседнего цеха.

 

Рисунок 2 – Схема электроснабжения цеха

металлорежущих станков

1.2 Расчет электрических нагрузок электроприемников

Расчет электрических нагрузок ЭП требуется для выбора питающих и распределительных сетей, для групповых расчетов электрических нагрузок, для выбора и проверки защит, а также для расчетов токов короткого замыкания.

Разбиваем ЭП на группы: трехфазный длительный режим (ДР), трехфазный повторно-кратковременный режим (ПКР), однофазный ПКР, осветительные установки (ОУ). [20, табл. 1.5.5]

Для выполнения расчета электрических нагрузок необходимо рассчитать максимальные нагрузки за наиболее нагруженную смену.

Для этого мощность ЭП, работающих в ПКР, приводим к ДР:

Pном = Pn ×

(1)

где P_ном – номинальная активная мощность ЭП, кВт;

P_n – паспортная активная мощность ЭП, кВт;

ПВ – продолжительность включения.

Кран-балка работает в ПКР с ПВ=40%:

P_ном = 10 × = 6,3 кВт.

Находим коэффициент использования К_и, тригонометрические функции cos и tg для каждого ЭП. [20, табл. 1.5.1]

Определяем среднюю активную нагрузку за наиболее нагруженную смену:

Рсм = Рном × Ки ,

(2)

где Р_см – средняя активная мощность ЭП за наиболее нагруженную смену, кВт;

Р_ном – номинальная мощность ЭП, кВт;

К_и – коэффициент использования.

Определяем среднюю реактивную нагрузку за наиболее нагруженную смену:

Qсм = Pсм × tg

(3)

где Q_см – средняя реактивная мощность ЭП за наиболее загруженную смену, кВАр;

P_см – средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену ЭП, кВт;

tg – коэффициент реактивной мощности.

Определяем среднюю полную нагрузку за наиболее загруженную смену:

Sсм = ,

(4)

где S_см – средняя полная мощность ЭП за наиболее нагруженную смену, кВА;

P_см – средняя активная мощность ЭП за наиболее загруженную смену, кВт;

Q_см – средняя реактивная мощность ЭП за наиболее загруженную смену, кВАр;

Определяем максимальный расчетный ток ЭП:

Iрасч = ,

(5)

где I_расч – максимальный расчетный ток ЭП, А;

P_ном – номинальная мощность ЭП, кВт;

U_ном – номинальное напряжение ЭП, кВ;

сos – коэффициент мощности.

𝔶 – коэффициент полезного действия ЭП, принимается равным 0,85.

Производим расчет электрических нагрузок ЭП на примере универсальных заточных станков – № на плане 2, 3, 4.

По формуле (2) рассчитываем среднюю активную мощность за наиболее нагруженную смену

Р_см = 2,5 × 0,14 = 0,4 кВт.

По формуле (3) рассчитываем среднюю реактивную мощность за наиболее нагруженную смену

Q_cм = 0,4 × 1,73 = 0,7 кВАр.

По формуле (4) рассчитываем среднюю полную мощность за наиболее нагруженную смену

S_см = = 0,8 кВА.

По формуле (5) рассчитываем максимальный расчетный ток ЭП

I_расч = = 8,9 А.

Аналогично рассчитываем остальные ЭП, результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Технические данные электрооборудования цеха

Наименование ЭП	Заданная нагрузка, приведенная к длительному режиму	Средняя нагрузка за наиболее нагруженную смену
𝑛	Pном, кВт	Ки	сos	tg	Рсм, кВт	Qcм кВАр	Sсм кВА	Iрасч А
Трехфазный ДР
Универсальные заточные станки		2,5	0,14	0,5	1,73	0,4	0,7	0,8	8,9
Заточные станки для червячных фрез			0,14	0,5	1,73	1,0	1,7	2,0	25,1
Резьбошлифовальные станки		4,8	0,17	0,65	1.17	0,8	0,9	1,2	13,2
Заточные станки для фрезерных головок			0,14	0,5	1,73	0,4	0,7	0,8	10,7

Продолжение таблицы 2

Круглошлифовальные станки		10,2	0,14	0,5	1,73	1,4	2,4	2,8	17,9
Токарне станки		6,5	0,14	0,5	1,73	0,9	1,6	1,8	23,2
Вентиляторы			0,6	0,8	0,75	2,4	1,8	3,0	8,9
Плоскошлифовальные станки			0,14	0,5	1,73	5,3	9,2	10,6
Внутришлифовальные станки		8,9	0,14	0,5	1,73	1,2	2,1	2,4	31,9
Заточные станки		2,8	0,14	0,5	1,73	0,4	0,7	0,8	10,0
Электропривод раздвижных ворот		3,5	0,55	0,75	0,88	1,9	1,7	2,5	8,4
Трехфазный ПКР
Кран-балка ПВ=40%		6,3	0,1	0,5	1,73	0,6	1,0	1,2	22,5
Освещение
ОУ с ДРЛ	-	15,0	0,85	0,95	0,33	13.0	4,3	13,7	28,3

 

1.3 Объединение электроприемников в группы

Для выбора электрических сетей, электрооборудования и аппаратов защиты группируем ЭП с учетом расположения распределительных пунктов и более рациональной и экономичной прокладки питающих сетей. Объединяем ЭП в группы в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 – Объединение электроприемников в группы

№ РП	Наименование ЭП	Количество, шт.
РП-1	Резьбошлифовальные станки
Электропривод раздвижных ворот
Круглошлифовальные станки
Внутришлифовальные станки
РП-2	Универсальные заточные станки
Заточные станки для червячных фрез
Заточные станки для фрезерных головок
РП-3	Электропривод раздвижных ворот
Токарные станки
Вентиляторы
Круглошлифовальные станки
Кран-балка
Внутришлифовальные станки

Продолжение таблицы 3

	Заточные станки
ЭП-23, 24, 29, 30, 36, 37	Плоскошлифовальные станки

 

 

1.4 Расчет электрических нагрузок групп электроприемников и цеха

Расчет электрических нагрузок на всех участках системы электроснабжения является главным этапом ее проектирования. От этого расчета зависят исходные данные для выбора всех элементов системы, а также денежные затраты на монтаж и эксплуатацию выбранного оборудования.

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала, к неоправданному увеличению установленной мощности трансформаторов и другого электрооборудования.

Занижение нагрузок приводит к уменьшению пропускной способности электрических сетей, перегреву проводов, кабелей, трансформаторов и к лишним потерям мощности.

Основным методом расчета нагрузки является метод коэффициента максимума (или метод упорядоченных диаграмм):

а) мощности ЭП, работающих в ПКР, приводим к ДР по формуле (1), а мощности однофазных ЭП приводим к условной (приведенной) трехфазной мощности.

б) для каждой группы определяем общую (суммарную) мощность Р_ном, находим значения коэффициента использования К_и и значения тригонометрических функций cos , tg [20, табл.1.5.1]

в) для каждой группы определяем сменную активную и реактивную мощность:

Рсм = (Рном× Ки) × n,

(8)

 

где n – число ЭП в группе.

Qсм = Pсм × tg .

(9)

 

г) определяем ∑Р_нoм, ∑Р_см, ∑Q_см, а также среднее значение коэффициента использования К_и и средневзвешанные значения тригонометрических функций.

Ки = ,	(10)
cos =	(11)
tg =	(12)

д) для всего узла определяем коэффициент сборки:

m = ,

(13)

где Р_ном.max – мощность самого мощного ЭП;

Р_ном.min – мощность самого маломощного ЭП.

е) определяем эффективное число ЭП n_эф – это условное число одинаковых по мощности и режиму работы, которые потребляли бы за смену такое же количество электроэнергии, как и реальные ЭП.

n_эф определяем по формуле [8, с. 4, п.3.2.5.1]

nэф =

(14)

где Р_н – групповая номинальная (установленная) активная мощность;

Р_н – номинальная (установленная) мощность одного ЭП,

n – число ЭП.

ж) по значениям К_и и n_эф определяем коэффициент максимума активной мощности.

з) определяем максимальную расчетную активную мощность узла:

Рм = Kм × ∑Pсм

(15)

 

и) определяем максимальную расчетную реактивную мощность узла:

Qм = × ∑Qсм,

(16)

 

– коэффициент максимума реактивной мощности.

= 1,1 при n_эф ≤ 10;

= 1,0 при n_эф > 10.

к) определяем максимальную расчетную мощность узла:

Sм =

(17)

 

л) определяем максимальный ток на РУ:

Iм =

(18)

 

Для РП-1.

По формуле (8) находим активную сменную мощность Р_см группы одинаковых ЭП за наиболее загруженную смену

Р_см = (4,8 × 0,17) × 2 = 1,6 кВт;

Р_см = 3,5 × 0,55 = 1,9 кВт;

Р_см = (10,2 × 0,14) × 3 = 4,2 кВт;

Р_см = (8,9 × 0,14) × 4 = 5 кВт;

По формуле (9) находим реактивную сменную мощность группы одинаковых ЭП за наиболее загруженную смену

Q_cм = 1,6 × 1,17 = 1,9 кВАр;

Q_cм = 1,9 × 0,88 = 1,7 кВАр;

Q_cм = 4,2 × 1,73 = 7,2 кВАр;

Q_cм = 5,0 × 1,73 = 8,7 кВАр.

Находим суммарные значения всех мощностей

∑Р_нoм = 79,3 кВт, ∑Р_см = 12,7 кВт, ∑Q_см = 19,5 кВАр, ∑S_см = 23,3 кВА,

по формулам (10) – (12) находим коэффициент использования и средневзвешенные значения тригонометрических функций

К_и = 0,16;

cos = 0,54;

tg = 1,53.

По формуле (13) определяем коэффициент сборки для узла

m = = 2,9 < 3.

По формуле (14) определяем эффективное число ЭП

n_эф = = 9.

Находим зависимость К_м = F (n_эф; K_и) = F (9; 0,16) = 1,9. [20, табл.1.5.3]

По формулам (17) – (19) находим максимальные расчетные мощности узла

Р_м = 1,9 × 12,7 = 24,1 кВт;

Q_м = 1,1 × 19,5 = 21,5 кВАр;

S_м = = 32,3 кВА.

По формуле (20) определяем максимальный ток группы ЭП

I_м = = 49,1 А.

Расчеты нагрузок по остальным РП производим аналогично, результаты расчетов сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Сводная таблица расчета нагрузок по цеху

Наименование ЭП	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
кВт	кВт		cos	tg	m	кВт	кВАр	кВА	nэ	Км / ´		кВт	кВАр	кВА	A
РП-1
Резьбошлифовальные станки	4,8	9,6	0,17	0,65	1,17		1,6	1,9
Электропривод раздвижных ворот	3,5	3,5	0,55	0,76	0,88		1,9	1,7
Круглошлифовальные станки	10,2	30,6	0,14	0,5	1,73		4,2	7,2
Внутришлифовальные станки	8,9	35,6	0,14	0,5	1,73			8,7
Итого	-	79,3	0,16	0,54	1,53	-	12,7	19,5	23,3		1,9	1,1	24,1	21,5	32,3	49,1
РП-2
Универсальные заточные станки	2,5	7,5	0,14	0,5	1,73		1,1	1,9
Заточные станки для червячных фрез			0,14	0,5	1,73			3,5
Заточные станки для фрезерных головок			0,14	0,5	1,73		0,8	1,9

Продолжение таблицы 4

Итого	-	27,5	0,14	0,46	1,87	-	3,9	7,3	8,3		2,87	1,1	11,2		13,8
РП-3
Электропривод раздвижных ворот	3,5		0,55	0,76	0,88		3,9	3,4
Токарные станки	6,5	19,5	0,14	0,5	1,73		2,7	4,7
Вентиляторы			0,6	0,8	0,75		7,2	5,4
Круглошлифовальные станки	10,2	20,4	0,14	0,5	1,73		2,9	5,0
Кран-балка	6,3	6,3	0.1	0,5	1,73		0,63	1,9
Внутришлифовальные станки	8,9	17,8	0,14	0,5	1,73		2,5	4,3
Заточные станки	2,8	11,2	0,14	0,5	1,73		1,6	2,8
Итого:	-	94,2	0,22	0,61	1,28	-	21,4	27,5	34,8		1,45	1,0		27,5	41,4	63,0
ЭП – 23			0,14	0,5	1,73	-	5,3	9,2	10,6	-	-	-		65,7	75,9
ЭП-24			0,14	0,5	1,73	-	5,3	9,2	10,6	-	-	-		65,7	75,9
ЭП-29			0,14	0,5	1,73	-	5,3	9,2	10,6	-	-	-		65,7	75,9
ЭП-30			0,14	0,5	1,73	-	5,3	9,2	10,6	-	-	-		65,7	75,9
ЭП-36			0,14	0,5	1,73	-	5,3	9,2	10,6	-	-	-		65,7	75,9
ЭП-37			0,14	0,5	1,73	-	5,3	9,2	10,6	-	-	-		65,7	75,9
ЩО
ОУ с ГРЛ			0,85	0,95	0,33	-	12,8	4,2	13,5	-	-	-	12,8	4,2	13,5	20,5
Всего на ШНН
Потери														54,9
Всего на ВН

По формуле (3) определяем мощность ОУ

Р_оу = 10 ×1500 × 10^-3 = 15 кВт.

Определяем потери мощности в трансформаторе

ΔPт = 0,02 Sм(НН)	(19)
ΔQт = 0,1Sм(НН)	(20)
ΔSт =	(21)

ΔP_т = 0,02 × 549 = 11 кВт;

ΔQ_т = 0,1 × 549 = 54,9 кВАр;

ΔS_т = = 56 кВА.

 

1.5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трёхфазном токе от электрических станций к потребителям.

В справочных данных на трансформаторы приводятся тип, номинальная мощность, номинальные напряжения обмоток, потери мощности холостого хода и короткого замыкания, напряжения короткого замыкания, ток холостого хода.

Определяем расчётная мощность трансформатора с учётом потерь, но без компенсации реактивной мощности:

S_т > S_р = 0,7 S_{м (ВН)} = 0,7 × 605 = 423,5 кВА.

где S_т – потери полной мощности в трансформаторе без КУ, кВА;

S_р – расчётная мощность трансформатора. кВА;

По результатам расчётов выбираем ближайший больший по мощности стандартный трансформатор.

Выбираем масляный двухобмоточный трансформатор общего назначения класса 6-10 кВ типа ТМ-630-10/0,4. Схема соединения Υ/Υ_н – 0.

Коэффициент загрузки трансформатора

К_з = = = 0,87.

1.6 Расчет и выбор компенсирующих устройств

Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

В процессе передачи потребителям активной и реактивной мощности в проводниках системы электроснабжения создаются потери активной мощности.

Из этого следует, что при снижении передаваемой реактивной мощности потеря активной мощности в сети снижается, что достигается применением компенсирующих устройств.

Исходные данные для выбора мощности компенсирующего устройства представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Исходные данные

Параметр	cos	tg	Pм кВт	Qм кВАр	Sм кВА
Всего на НН без КУ	0,55	1,48

 

Определяем расчетную реактивную мощность компенсирующего устройства (КУ):

Q_к.у. = P_м (tg – tg _к) = 0,9 × 307 (1,48 – 0,33) = 317,7 кВАр,

где Q_к.у – расчетная мощность компенсирующего устройства, кВАр;

– коэффициент, учитывающий повышение cos естественным способом, принимается 0,9;

tg tg _к – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Коэффициент реактивной мощности до компенсации:

tg = .

По опыту эксплуатации компенсацию реактивной мощности производят до получения значения cos _к от 0,92 до 0,95.

Принимаем cos _к = 0,95, тогда tg _к = 0,33.

Значения P_м и Q_м выбираем по результату расчета нагрузок в соответствии с таблицей 4.

Выбираем две конденсаторные батареи типа УКМ58-0,4-180-20УЗ со ступенчатым регулированием 9х20 кВАр. [11, с. 127]

Таблица 6 – Технические данные конденсаторной установки

Тип КУ	Номинальная мощность, кВАр	Кол-во и мощность ступеней	Номинальный ток, А	Ток для выбора кабеля 1,43×Iном, А	Габаритные размеры установки (ВхШхГ), мм
УКМ58-0,4-180-30УЗ		9х20			1600х965х475

 

Определяем фактические значения tg _к и cos _к после компенсации реактивной мощности:

tg _к = tg – = 1,48 – = 0,31;

cos _к = 0,95.

Результаты расчетов заносим в таблицу 7.

Таблица 7 – Сводная ведомость нагрузок до и после компенсации реактивной мощности

Параметр	cos	tg	Pм кВт	Qм кВАр	Sм кВА
Всего на НН без КУ	0,55	1,48
КУ				2 × 180
Всего на НН с КУ	0,95	0,31
Потери			6,4	32,1	32,7
Всего на ВН с КУ

 

Потери мощности в трансформаторе определяем по формулам (19) - (21).

 

1.7 Выбор мощности силовых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

Окончательно выбираем КТП 1х630-10/0,4 с одним силовым трансформатором ТМ-630-10/0,4 и две конденсаторные батареи УКМ58-0,4-180-20УЗ.

Технические данные трансформатора ТМ-630-10/0,4 [20, табл.1.9.1]

Рном = 630 кВА;	Rт = 3,1 мОм;	ΔPхх = 2 кВт;
Uвн = 10 кВ;	Xт = 13,6 мОм;	ΔPкз = 7,3 кВт;
Uнн = 0,4 кВ;	Zт = 14 мОм;	uкз = 5,5 %;
	Zт(1) = 129 мОм;	iхх = 1,5 %,

где Р_ном – мощность номинальная, кВт;

U_вн – напряжение внешней обмотки, кВ;

U_нн – напряжение внутренней обмотки, кВ;

∆Р_хх – потери холостого хода, кВт;

∆Р_кз – потери короткого замыкания. кВт;

U_кз – напряжение короткого замыкания, %;

i_хх – ток холостого хода, %.

Коэффициент загрузки силового трансформатора с учетом компенсации реактивной мощности

К_з = = 0,5.

 

1.8 Выбор оборудования щитов и распределительных пунктов

 

Соединение высоковольтного ввода 10 кВ силового трансформатора с высоковольтным питающим кабелем выполняем «глухим», то есть без использования выключателя нагрузки и высоковольтного предохранителя.

С торца силового трансформатора располагаем шкаф вводного автомата, далее шкафы линейных автоматов (для фидеров отходящих линий).

Автоматические выключатели отходящих фидеров располагаются в ячейках распределительного устройства (далее – РУ), которые предусматриваются на каждый низковольтный ввод и на отходящие от РУ линии, в том числе к КУ и к щиту освещения.