Ссылки на используемую литературу

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Специальность 08.02.09 Монтаж, наладка эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий

Дисциплина Внешнее электроснабжение промышленных и гражданских зданий

Тема Проект электроснабжения предприятия по производству металлоизделий №5

Пояснительная записка

АТЭМК2. КП0515. 000 ПЗ

Студента группы ДН-41 Дудника Виталия Юрьевича

Содержание

Введение

Цель курсового проекта: произвести расчет системы электроснабжения предприятия по производству металлоизделий №5.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– проанализировать исходные данные;

– изобразить план расположения цехов предприятия;

– рассчитать электрическую нагрузку, с помощью метода упорядоченных диаграмм Цеха №1;

– произвести расчет и выбор пусковой и защитной аппаратуры Цеха №1, а так же выбрать питающую и распределительную сеть;

– произвести расчет нагрузок предприятия, выбрать число и мощность цеховых трансформаторов;

– произвести расчет и выбор компенсирующего устройства предприятия и выбрать число и мощность трансформаторов ГПП;

– составить картограмму нагрузок и определить условный центр электрических нагрузок предприятия;

– определить необходимое сечение проводов воздушной линии;

– произвести расчеты токов короткого замыкания;

– произвести расчеты заземляющего устройства;

– начертить принципиальную схему групповой сети Цеха №1.

В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Основное достоинство электричества – относительная простота производства, передачи, преобразования электрической энергии.

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Внешнее электроснабжение это система, по которой электроэнергия передается от электроснабжающей организацией к конечному потребителю.

Системы электроснабжения промышленных предприятий должны строиться таким образом, чтобы удовлетворять основным требованиям электроприемников в отношении надёжности электроснабжения, качества и экономичности.

Надёжность электроснабжения достигается благодаря бесперебойной работе всех элементов энергосистемы и применению ряда технических устройств, как в системе, так и у потребителей: устройств релейной защиты и автоматики, автоматического ввода резерва и повторного включения, контроля и сигнализации.

Качество электроснабжения определяется поддержанием на определённом уровне значений напряжения и частоты, а также ограничением значений в сети высших гармоник, несинусоидальности и несимметричности напряжения.

Экономичность электроснабжения достигается путём разработки совершенных систем распределения электроэнергии, использования рациональных конструкций комплектных распределительных устройств и трансформаторных подстанций и разработки оптимизации системы электроснабжения. На экономичность влияет выбор рациональных напряжений, оптимальных значений сечений проводов и кабелей, числа и мощности трансформаторных подстанций, средств компенсации реактивной мощности и их размещение в сети.

Исследовательский раздел

1.1 Исходные данные по объекту проектирования

Наименование электроприемника, мощность на валу, количество единиц оборудования, а так же паспортная активная и полная мощности электрооборудования приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные Цеха №1

Наименование оборудования	Мощность на валу, , кВт	Количество единиц, n, шт	Мощность паспортная	ПВ, %
Pп , кВт	Sп , кВА
Универсально-фрезерный станок	21,6
Точильно-шлифовальный станок	4,19
Радиально сверлильный станок	8,9
Строгальный	13,6
Расточной	12,6
Установка разметочная	33,1
Обрабатывающий центр	28,5
Штамповочное оборудование	33,1

Продолжение таблицы 1

Наименование оборудования	Мощность на валу, , кВт	Количество единиц, n, шт	Мощность паспортная	ПВ, %
Pп , кВт	Sп , кВА
Компрессорное оборудование	29,9
Приточная вентиляция	26,8
Вытяжная вентиляция	19,8
Подъемное оборудование			15,4		60%
Сварочные машины			42,8		25%	0,5

Исходные данные для Цехов №2–5 представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Исходные данные Цехов №2–5

Цеха завода располагаются на плане согласно координатам:

- Цех №1, Х=75 м Y=108 м;

- Цех №2, Х=18 м Y=60 м;

- Цех №3, Х=170 м Y=115 м;

- Цех №4, Х=100 м Y=18 м;

- Цех №5, Х=160 м Y=18 м.

План расположения цехов предприятия представлен в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 – План расположения цехов предприятия

1.2 Анализ исходных данных

Объект проектирования электроснабжения предприятия по производству металлоизделий №5, состоит из пяти цехов. Энергоснабжение предприятия от энергосистемы осуществляется по воздушной линии, длина которой составляет 21 км.

Центром электрических нагрузок (ЦЭН) является главная понизительная подстанция (ГПП). Питание цехов предприятия от ГПП до трансформаторной подстанции цехов, осуществляется кабелями, проложенными в земляных траншеях на расстоянии 200 мм. Энергосистема имеет два напряжения: 35 кВ и 110 кВ. Вторичное напряжение трансформатора ГПП - 10кВ, а вторичное напряжение на цеховых трансформаторных подстанциях составляет 0,4кВ.

Мощность короткого замыкания на шинах районной подстанции равна 500 МВА. Время работы предприятия, с использованием максимальной нагрузки составляет 2700 часов.

График работы объекта проектирования 365дней по 12 часов,

Предприятие располагается в четвертой климатической зоне. Вид грунта – песок, температура грунта составляет +20 ̊С Коэффициент реактивной мощности, в установленной энергосистеме равен 0,34.

Электроприемники Цеха №1 относятся к третьей категории надежности электроснабжения. Все электроприемники данного цеха работают на переменном токе и рассчитаны на рабочее напряжение 380В. Электроприемники цехов со второго по пятый относятся к первой и ко второй категориям надежности.

Требования к надежности электроснабжения в настоящий момент является одним из важных аспектов работы потребителей. ПЭУ (правила эксплуатации установок) не устанавливает конкретные требования к времени восстановления энергоснабжения электроприемников первой или второй категории надежности. Для третьей категории надежности электроснабжения установлено время восстановления не более 24 часов, за исключением случаев, когда для восстановления электроснабжения, производства и ремонта объектов электросетевого хозяйства необходимы более длительные сроки.

Расчетно-технический раздел

2.1 Разработка планировочного решения Цеха №1

Одним из этапов технологического проектирования является разработка планировочных решений. Планировочными решениями называют функциональное разделение пространства объекта с учетом пожеланий заказчика и требований нормативной документации, назначение каждого из помещений в комплексе общей организационной структуры объекта.

Составление схем необходимо для получения оптимального решения по наиболее выгодному размещению электрооборудования. В процессе создания схем учитываются габариты оборудования, обеспечение свободного доступа к рабочим местам персонала, близость бытовых и санитарных комнат, уровень освещения, воздухообмен и прочее.

Разбиваем электрооборудование Цеха №1 на участки согласно технологической целесообразности. План Цеха №1 представлен в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 – План Цеха №1

2.2 Расчет искусственного освещения

Расчет освещения методом удельной мощности.

Удельной мощностью (P_уд) называется отношение суммарной мощности всех ламп установленных в помещении к площади освещаемой поверхности. Определяем удельную мощность, P_уд, кВт/м², по формуле

, (1)

где n_л – количество ламп, шт.;

P_л – мощность одной лампы, Вт;

S – площадь помещения, м².

Расчет удельной мощности производим по формуле (1)

Выбираем тип светильника и расчетную высоту подвеса (H_расч).

Выбираем относительное (табличное) значение мощности по таблицам 6 и 9, [4].

Определяем действительное удельное значение мощности, P_уд, Вт, по формуле

, (2)

где P_{уд.табл} – удельная табличная мощность, Вт, [табл. 6 и 9, 4];

Е_норм – нормируемая освещенность, Лк.

Рассчитываем действительное удельное значение мощности по формуле (2)

Определяем установочную мощность, Р_уст, Вт, по формуле

, (3)

где P_уд – удельная мощность, Вт;

S_i – площадь помещения, м².

Рассчитываем установочную мощность по формуле (3)

Выбираем 117 светильников типа ПВЛМ П–2×80–012 с лампами типа ЛБ 80.

2.3 Расчет электрических нагрузок Цеха №1 методом упорядоченных диаграмм

В данном методе используется номинальные значения мощности электрооборудования, так как в исходных данных приведены мощности, приведенные к валу двигателя, а так же паспортные. Выбор номинальной мощности, Р_ном.i , кВт, осуществляется по формулам

, (4)

, (5)

, (6)

где Р_ном.i – стандартное номинальное значение мощности, кВт;

Р_в.i – значение мощности, подведенной к валу двигателя, кВт;

Р_п.i – паспортная мощность, кВт;

– коэффициент продолжительности включения;

.– полная паспортная мощность, кВА;

– коэффициент активной мощности.

Для каждого выделенного оборудования вычисляем номинальный ток, , А, по формуле

, (7)

где – стандартное номинальное значение мощности, кВт;

– 380 В, номинальное напряжение питающей сети;

– коэффициент активной мощности оборудования.

Выбор и расчет двигателей приведен в таблице 3.

Таблица 3 – Технические характеристики двигателей

Наименование оборудования	Тип двигателя		Iном	n	ŋ	cosφ	n
–	кВт	А	Об/мин	%	–	шт
Универсально-фрезерный	4А18054УЗ		37.3			0.9
Точильно-шлифовальный	4А112М4УЗ	5,5	9.7		85,5	0.86
Радиально сверлильный	4А132М4УЗ		19.2		87,5	0.87

Продолжение таблицы 3

Наименование оборудования	Тип двигателя		Iном	n	ŋ	cosφ	n
–	кВт	А	Об/мин	%	–	шт
Строгальный	4А160S4УЗ					0.88
Расточной	4А160S4УЗ					0.88
Установка разметочная	4А200М4УЗ					0.9
Обрабатывающий центр	4А180М4УЗ		51.3			0.89
Штамповочное оборудование	4А200М4УЗ					0.9
Компрессорное оборудование	4А180М4УЗ		51.3			0.89
Приточная вентиляция	4А180М4УЗ		51.3			0.89
Вытяжная вентиляция	4А18054УЗ		37.3			0.9
Подъемное оборудование	4А160М2УЗ		24.8		88,5	0.92

Расчет установочной мощности, Р_{уст.гр.i}, кВт, для каждой группы электрических приемников производим по формуле

, (8)

где – число электроприемников в группе имеющих одну мощность, шт;

– стандартное номинальное значение мощности, кВт.

Рассчитываем активные мощности каждой группы за наиболее загруженную смену, , кВт,по формуле

, (9)

где – коэффициент использования оборудования группы;

– установочная мощность электрооборудования группы, кВт.

Рассчитываем реактивную мощность группы в самую загруженную смену, , кВар, по формуле

, (10)

где – активные мощности каждой группы за наиболее загруженную смену, кВт;

– коэффициент реактивной мощности группы электроприемников, определяется от численного значения .

Определяем диапазон изменения мощностей, m, цеха №1 по формуле

, (11)

где – диапазон измерения мощностей;

– наибольшая номинальная мощность оборудования, кВт;

– наименьшая номинальная мощность оборудования, кВт.

Рассчитываем средний взвешенный коэффициент использования, , по формуле

(12)

где – сумма мощностей за наиболее загруженную смену, кВт;

– сумма установленных мощностей цеха №1, кВт.

Рассчитываем средний взвешенный коэффициент реактивной мощности, , по формуле

, (13)

где – сумма реактивных мощностей за наиболее загруженную смену, кВар;

– сумма установленных мощностей цеха №1, кВт.

Исходя из того, что: 0.2, находим по формуле

, (14)

где – сумма установленных мощностей цеха №1, кВт;

– максимальная номинальная мощность оборудования, кВт.

Определяем значение коэффициента максимума [табл. 19, 2].

Рассчитываем активную, , кВт, реактивную, , кВар, и полную мощность, , кВА, по формулам

, (15)

, (16)

, (17)

где К_max=1,23;

K'_max=1.

Определяем значение тока, , А, за наиболее нагруженную смену в 30-ти минутный максимум в этой схеме по формуле

, (18)

где S_max – полная мощность, кВА;

= 380 В, номинальное напряжение питающей сети.

Результаты расчетов сводим в ведомость электрических нагрузок, представленную в таблице 4.

Электрической нагрузкой какого-либо элемента сети называется мощность, которой нагружен данный элемент сети. Например, если по кабелю передается мощность 120 кВт, то нагрузка кабеля равна тоже 120 кВт. Точно так же можно говорить о нагрузке на шины подстанции или на трансформатор и т. д. Величина и характер электрической нагрузки зависят от потребителя электрической энергии, который может быть назван приемником электрической энергии.

Наиболее распространенным и важным в производстве приемником является электродвигатель. Главными потребителями электрической энергии на промышленных предприятиях являются трехфазные двигатели переменного тока. Электрическая нагрузка электродвигателя определяется величиной и характером механической нагрузки.

Таблица 4 – Ведомость электрических нагрузок		А	–	–	–	–	–	–		–
	кВА	–	–	–	–	–	–		–	454,2
	кВар	–	–	–	–	–	–	304,1	–	309,1
	кВт	–	–	–	–	–	–	317,9	–	332,8
	–	–	–	–	–	–	–	1,18	–	1,17
	шт	–	–	–	–	–	–		–
	кВар	93,5	36,7	47,2	75,8	9,6	43,3	304,1	4,9	309,1
	кВт	54,1	31,4		98,4	5,5	16,1	268,5	14,9	283,4
	–	1,73	1,17	0,75	0,75	1,73	2,7	1,1	0,33	1,09
	–	0,5	0,65	0,8	0,8	0,5	0,35	0,67	0,95	0,67
	–	0,13	0,17	0,7	0,6	0,1	0,25	0,27	0,8	0,28
m	–	–	–	–	–	–	–	m>3	–	m>3
	кВт					55,5	64,2		18,7
n	шт
	кВт	5,5				18,5	10,7	5,5	18,7	5,5
Наименование группы	–	Станки мелко серийного производства	Штамповочное оборудование	Компрессорное оборудование	Вентиляционное оборудование	Подъемное оборудование	Сварочное оборудование	Всего	Освещение	Итого

2.4 Выбор защитной и пусковой аппаратуры цеха №1

Номинальный ток автоматического выключателя, , А, определяется по формуле

, (19)

где рабочий ток электрооборудования, А.

Рабочий ток электрооборудования определяется по формуле

, (20)

где I_ном.i номинальный ток электрооборудования, А;

– коэффициент полезного действия, %.

Ток теплового расцепителя выключателя, , А, определяется исходя из условия

, (21)

где рабочий ток электрооборудования, А.

Ток электромагнитного расцепителя, , А, определяется по формуле

, (22)

где – ток теплового расцепителя выключателя, А.

Выбираем автоматические выключатели и их номинальные данные [табл. 11, 2].

В каждом распределительном пункте цеха предусматриваются резервные автоматические выключатели.

Для сварочного оборудования определяется ток продолжительности включения, , А, по формуле

, (23)

где –полная паспортная мощность, кВА;

= 380 В, номинальное напряжение питающей сети.

Рассчитываем ток плавкой вставки предохранителя, , А, по формуле

, (24)

где ПВ коэффициент продолжительности включения;

– ток продолжительности включения сварочного оборудования, А.

Номинальный ток патрона, , А, и тип предохранителя выбирается исходя из условия

, (25)

где – ток продолжительности включения сварочного оборудования, А.

Ток плавкой вставки предохранителя, , А, определяется из условия

, (26)

где – ток плавкой вставки предохранителя, А.

Выбираем предохранители и их номинальные данные [табл. 10.1, 2].

Определение типа и номинального тока магнитного пускателя, , А, осуществляется по номинальному току электрооборудования по условию

, (27)

где рабочий ток электрооборудования, А.

Для каждого магнитного пускателя определяем ток теплового реле, , А, по формуле

, (28)

где рабочий ток электрооборудования, А.

Выбираем магнитные пускатели и их номинальные данные [табл. 12 и 13.1, 2].

Результаты выбора защитной и пусковой аппаратуры, а также сечение проводов сведены в таблицу 5.

Магнитный пускатель — низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления, предназначенное для пуска электродвигателя, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания, защиты электродвигателя и подключенных цепей.

Таблица 5 – Защитная и пусковая аппаратура цеха № 1

Наименование оборудования			Автоматический выключатель	Магнитный пускатель
кВт	А	Тип	Номинальные данные	Тип	Номинальные данные
Универсально-фрезерный		41,4	AE2046		ПМЛ-413
Точильно-шлифовальный	5,5	11,4	AE2026		ПМЛ-213
Радиально сверлильный		23,4	AE2046		ПМЛ-313
Строгальный		29,2	AE2046		ПМЛ-313
Расточной		29,2	AE2046		ПМЛ-313
Установка разметочная		68,1	AE2056		ПМЛ-613
Обрабатывающий центр		56,3	AE2056		ПМЛ-513
Штамповочное оборудование		68,1	AE2056		ПМЛ-613
Компрессорное оборудование		56,3	AE2056		ПМЛ-513
Приточная вентиляция		56,3	AE2056		ПМЛ-513
Вытяжная вентиляция		41,4	AE2046		ПМЛ-413
Подъемное оборудование		28,1	AE2046		ПМЛ-313
Сварочные машины	10,7	65,8	-	-	-	-

2.5 Выбор питающей и распределительной сети Цеха №1

Сечение распределительной сети цеха №1 осуществляется по нагреву, исходя из условия

, (29)

где рабочий ток электрооборудования, А.

Результаты выбора приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Распределительная сеть цеха №1

Наименование оборудования			Распределительная линия	Длинна, м
кВт	А	Тип
Универсально-фрезерный		41,4	АПВ	4×16	49,9
Точильно-шлифовальный	5,5	11,4	АПВ	4×2,5	10,1
Радиально сверлильный		23,4	АПВ	4×5	36,7
Строгальный		29,2	АПВ	4×6	53,8
Расточной		29,2	АПВ	4×6
Установка разметочная		68,1	АПВ	4×25	6,1
Обрабатывающий центр		56,3	АПВ	4×25	4,1
Штамповочное оборудование		68,1	АПВ	4×25	40,21
Компрессорное оборудование		56,3	АПВ	4×25	28,3

Продолжение таблицы 6

Наименование оборудования			Распределительная линия	Длинна, м
кВт	А	Тип
Приточная вентиляция		56,3	АПВ	4×25	33,5
Вытяжная вентиляция		41,4	АПВ	4×16	26,4
Подъемное оборудование		28,1	АПВ	4×6	28,4
Сварочные машины	10,7	65,8	АПВ	4×25	45,1

Расчетный ток каждого участка является алгебраической суммой рабочих токов электрооборудования участка, , А, определяется по формуле

, (30)

где – рабочий ток электрооборудования, А;

n_i – количество электрооборудования, шт.

Результаты выбора приведены в таблице 6.

Таблица 7 – Питающая сеть цеха № 1

Откуда	Куда	, А	,	Тип и сечение линии	Длина, м
ТП	РП1	406,8		2АВВГ3(1×150)+1(1×95)	35,3
ТП	РП2	139,8		АВВГ3(1×70)+1(1×35)	17,5

Продолжение таблицы 7

Откуда	Куда	, А	,	Тип и сечение линии	Длина, м
ТП	РП3	262,8		АВВГ3(1×185)+1(1×95)
ТП	РП4	340,5		2АВВГ3(1×120)+1(1×70)	3,5
ТП	РП5	394,1		2АВВГ3(1×120)+1(1×70)	8,4
ТП	РП6	394,8		2АВВГ3(1×120)+1(1×70)	11,6

2.6 Расчет нагрузок предприятия методом коэффициента спроса

Расчет нагрузок предприятия осуществляется методом коэффициента спроса, все исходные данные приведены в таблице 2 и таблице 4.

Коэффициент спроса, , для первого цеха высчитываем по формуле

, (31)