Курсовая на тему Проектирование электроснабжения цеха металлорежущих станков
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-05-07Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
ВВЕДЕНИЕ
Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.
В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.
Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствования энергетического оборудования, реконструкции устаревшего оборудования; сокращения всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией. Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь, относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве. Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения. Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит, помимо прочих нежелательных явлений, к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии. 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.
Объект исследования – цех металлорежущих станков.
Предмет исследования – проектирование электроснабжения цеха металлорежущих станков.
Целью данного курсового проекта является овладение основами проектирования электроснабжения цеха металлорежущих станков.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
1. изучить и проанализировать литературу, нормативные документы по электроснабжению объектов отрасли;
2. рассчитать характеристики данного оборудования;
3. спроектировать схему электроснабжения;
4. разработать мероприятия по правилам технической безопасности;
5. обобщить результаты, сделать выводы и оформить работу.
При написании курсового проекта применялись методы сбора первичной информации, аналитический и метод систематизации.
Структура данной работы: 1) введение, 2) теоретическая, практическая, графическая часть, 3) заключение, 4) список литературы.
1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЦЕХА
1.1 Характеристика объекта электроснабжения, электрических нагрузок и его технологического процесса
Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.
Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного производства деталей по заказу.
ЦМС предусматривает наличие производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного назначения размещены в станочном, заточном и резьбошлифовальном отделениях.
Транспортные операции выполняются кран-балкой и наземными электротележками.
Цех получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от главной понизительной подстанции (ГПП) завода. Подводимое напряжение – 10 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии 15 км.
Потребители электроэнергии относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.
1) приемники 2 категории – перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники 2 категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;
2) приемники 3 категории – остальные приемники, неподходящие под определение 1и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.
Количество рабочих смен – 3. Грунт в районе цеха – глина при температуре +5 ° С.
Каркас здания сооружен из блоков-секций, длиной 6 и 8 м каждый.
Размеры цеха A*B*H=50*30*8 м. Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.
1.2 Классификация здания объекта по взрывобезопасности, пожаробезопасности и электробезопасности
Цех металлорежущих станков по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.
По электробезопасности цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе очень много токоведущих частиц (пыли, стружки и т.д.) металла, которые оседают на ЭО. Также возможно соприкосновение обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.
Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный и повторнократковременный.
Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это режим, при котором превышение температуры нагрева электроприемника над температурой окружающей среды достигает определенной величины τуст. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.
Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков и другого оборудования.
Повторнократковременный режим – это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.
В этом режиме работают грузоподъемные механизмы, прокатные станы и сварочные аппараты.
1.3 Расчет электрических нагрузок и выбор трансформаторов
Создание любого промышленного объекта начинается с его проектирования. Не простое суммирование установленных (номинальных) мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП.
Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы.
Существующие методы определения расчетных нагрузок основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электрических нагрузках действующих промышленных предприятий.
Для расчета нагрузок разделим все ЭП цеха на 3 группы распределенных по силовым шкафам.
Силовой шкаф №1.
1) Данные по приемникам
Р1,11,40 = 2,1 кВт, kи = 0,1, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р2,3,4 = 3,5 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р5,10=8 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р6,7 =5,2 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р8,9 =3,2 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
2) Определяем активную номинальную групповую мощность приемников, приведенных к длительному режиму
(1)
3) Определяем активную среднюю мощность за наиболее нагруженную смену
(2)
4) Определяем средний коэффициент использования группы электроприемников
(3)
по таблице выбираем кmax=2,54
5) Определяем среднюю реактивную мощность за наиболее нагруженную смену
(4)
6) Определяем средневзвешенный tg φ
(5)
7) Определяем показатель силовой сборки в группе
(6)
8) Так как m > 3 и kи < 0,2 то расчет мощности производим через относительные единицы
(7)
где n1 – число наибольших приемников группы, nном – общее число приемников группы.
(8)
где Р1 – мощность наибольших приемников группы.
В зависимости от n* и P* по таблице определяем nэ* = 0,82.
Находим эффективное число приемников группы
(9)
9) Определяем расчетную мощность через кmax
Pр= кmax·Pсм=2,54·7,3=17,1 кВт (10)
(11)
10) Определяем общую расчетную мощность для группы приемников
(12)
11) Определяем расчетный ток для группы приемников
(13)
Расчет остальных групп электроприемников производим аналогично первой группе. Результаты расчетов заносим в таблицу 1.
Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях является одним из основных вопросов рационального построения СЭС.
Двухтрансформаторные подстанции применяют при значительном числе потребителей 1 и 2-й категории. Целесообразно применение двухтрансформаторной подстанции при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы. Как правило, предусматривается раздельная работа трансформаторов для уменьшения токов КЗ.
Выбор мощности трансформаторов производится исходя из расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, допустимой перегрузки трансформаторов и их экономической загрузки.
Наивыгоднейшая (экономическая) загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории ЭП, от числа трансформаторов и способов резервирования.
Совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок определяет нагрузочную способность трансформаторов, в основу расчета которой положен тепловой износ изоляции трансформатора. Допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки не приводят к заметному старению изоляции и существенному сокращению нормальных сроков службы.
Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности зависят от продолжительности перегрузки в течении суток, от температуры окружающей среды и системы охлаждения трансформатора.
1) Так как в цехе преобладают приемники 2-й категории, то целесообразно выбрать 2 трансформатора для установки на цеховую трансформаторную подстанцию.
2) Номинальную мощность трансформаторов определяем по условию
(14)
Sр=S+S/, где S/= 
кВА
Sр=125+12,9=137,9ВА (15)
,
где βт – коэффициент загрузки трансформатора, для приемников второй категории принимается 0,7-0,8; Sр – расчетная максимальная мощность объекта.
Принимаем к установке трансформатор с номинальной мощностью 160 кВА.
3) Проверяем перегрузочную способность трансформатора в аварийном режиме по условию
kав.п. < 1,4 – коэффициент аварийной перегрузки.
(16)
Такая перегрузка трансформатора по условию допускается в течение 6 часов 5 суток.
4) По условию коэффициент загрузки трансформатора β питающего приемники 2 и 3-й категории надежности электроснабжения должен составлять 0,5 – 0,7
(17)
Условие по загрузке трансформатора выполняется.
Таким образом, принимаем к установке на цеховую трансформаторную подстанцию 2 трансформатора мощностью 160 кВА марки ТМ×160/10.
Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели и индукционные печи. Прохождение в электрических сетях реактивных токов обуславливает добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требует увеличение номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей системы электроснабжения.
Меры по снижению реактивной мощности: естественная компенсация без применения специальных компенсирующих устройств; исскуственные меры с применением компенсирующих устройств.
К естественной компенсации относятся: упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки; создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации; замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка; применение синхронных двигателей вместо асинхронных; ограничение продолжительности холостого ход двигателей и сварочных аппаратов.
К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности.
Выбор компенсирующих устройств
1) Определяем мощность компенсирующего устройства
(18)
где tgφk – находится в зависимости от cosφk=0,92, который необходимо получить после установки КУ, Рм – общая активная мощность системы электроснабжения;
Выбираем две комплектные конденсаторные установки КУ – УКН-0,38-75УЗ мощностью Qк.ст = 75 квар;
2) Определяем фактический tgφ
(19)
3) Определяем cosφ в зависимости от tgφ
cosφф = cos (arctg φф) = 0,97
Полученный cosφф удовлетворяет условию, поэтому выбранные компенсирующие устройства можно принять к установке.
1.4 Расчет и выбор элементов электроснабжения
1.4.1 Выбор аппаратов защиты и распределительных устройств
Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горючей изоляцией; силовые сети, когда по условию технолотческого процесса или режима их работы могут возникать длительные перегрузки; сети взрывоопасных помещений или взрывоопасных наружных установок независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.
Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей.
Для защиты электрических сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранители являются токоограничивающими аппаратами, так как в них обеспечивается околодуговое пространство и отключение цепи настолько быстро, что при больших кратностях тока в предохранителе ток не успевает достигнуть предельного значения.
Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором до 100 кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и останова электродвигателя и реверса. В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемый электродвигатель от перегрузки. Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока с прямоходовой магнитной системой, в который дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы цепи ЭД.
Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических цепей при анормальных режимах (КЗ и перегрузки), для редких оперативных включений (3-5 в час) при нормальных режимах, а также для защиты цепей от недопустимых снижениях напряжения. Для защиты от токов КЗ в автоматическом выключателе применяется электромагнитный расцепитель мгновенного действия. Тепловой (обычно биметаллический) расцепитель предназначен для защиты от перегрузок, за счет изгибания биметаллической пластины. Расцепитель минимального напряжения срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети (30-50%). Такие расцепители применяют для ЭД, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.
Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.
В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.
Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствования энергетического оборудования, реконструкции устаревшего оборудования; сокращения всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией. Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь, относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве. Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения. Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит, помимо прочих нежелательных явлений, к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии. 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.
Объект исследования – цех металлорежущих станков.
Предмет исследования – проектирование электроснабжения цеха металлорежущих станков.
Целью данного курсового проекта является овладение основами проектирования электроснабжения цеха металлорежущих станков.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач:
1. изучить и проанализировать литературу, нормативные документы по электроснабжению объектов отрасли;
2. рассчитать характеристики данного оборудования;
3. спроектировать схему электроснабжения;
4. разработать мероприятия по правилам технической безопасности;
5. обобщить результаты, сделать выводы и оформить работу.
При написании курсового проекта применялись методы сбора первичной информации, аналитический и метод систематизации.
Структура данной работы: 1) введение, 2) теоретическая, практическая, графическая часть, 3) заключение, 4) список литературы.
1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЦЕХА
1.1 Характеристика объекта электроснабжения, электрических нагрузок и его технологического процесса
Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.
Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного производства деталей по заказу.
ЦМС предусматривает наличие производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного назначения размещены в станочном, заточном и резьбошлифовальном отделениях.
Транспортные операции выполняются кран-балкой и наземными электротележками.
Цех получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от главной понизительной подстанции (ГПП) завода. Подводимое напряжение – 10 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии 15 км.
Потребители электроэнергии относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.
1) приемники 2 категории – перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники 2 категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;
2) приемники 3 категории – остальные приемники, неподходящие под определение 1и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.
Количество рабочих смен – 3. Грунт в районе цеха – глина при температуре +5 ° С.
Каркас здания сооружен из блоков-секций, длиной 6 и 8 м каждый.
Размеры цеха A*B*H=50*30*8 м. Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.
1.2 Классификация здания объекта по взрывобезопасности, пожаробезопасности и электробезопасности
Цех металлорежущих станков по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.
По электробезопасности цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе очень много токоведущих частиц (пыли, стружки и т.д.) металла, которые оседают на ЭО. Также возможно соприкосновение обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.
Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный и повторнократковременный.
Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это режим, при котором превышение температуры нагрева электроприемника над температурой окружающей среды достигает определенной величины τуст. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.
Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков и другого оборудования.
Повторнократковременный режим – это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.
В этом режиме работают грузоподъемные механизмы, прокатные станы и сварочные аппараты.
1.3 Расчет электрических нагрузок и выбор трансформаторов
Создание любого промышленного объекта начинается с его проектирования. Не простое суммирование установленных (номинальных) мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП.
Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы.
Существующие методы определения расчетных нагрузок основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электрических нагрузках действующих промышленных предприятий.
Для расчета нагрузок разделим все ЭП цеха на 3 группы распределенных по силовым шкафам.
Силовой шкаф №1.
1) Данные по приемникам
Р1,11,40 = 2,1 кВт, kи = 0,1, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р2,3,4 = 3,5 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р5,10=8 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р6,7 =5,2 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
Р8,9 =3,2 кВт, kи = 0,14, cosφ = 0,5; tgφ = 1,73
2) Определяем активную номинальную групповую мощность приемников, приведенных к длительному режиму
3) Определяем активную среднюю мощность за наиболее нагруженную смену
4) Определяем средний коэффициент использования группы электроприемников
по таблице выбираем кmax=2,54
5) Определяем среднюю реактивную мощность за наиболее нагруженную смену
6) Определяем средневзвешенный tg φ
7) Определяем показатель силовой сборки в группе
8) Так как m > 3 и kи < 0,2 то расчет мощности производим через относительные единицы
где n1 – число наибольших приемников группы, nном – общее число приемников группы.
где Р1 – мощность наибольших приемников группы.
В зависимости от n* и P* по таблице определяем nэ* = 0,82.
Находим эффективное число приемников группы
9) Определяем расчетную мощность через кmax
Pр= кmax·Pсм=2,54·7,3=17,1 кВт (10)
10) Определяем общую расчетную мощность для группы приемников
11) Определяем расчетный ток для группы приемников
Расчет остальных групп электроприемников производим аналогично первой группе. Результаты расчетов заносим в таблицу 1.
Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях является одним из основных вопросов рационального построения СЭС.
Двухтрансформаторные подстанции применяют при значительном числе потребителей 1 и 2-й категории. Целесообразно применение двухтрансформаторной подстанции при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы. Как правило, предусматривается раздельная работа трансформаторов для уменьшения токов КЗ.
Выбор мощности трансформаторов производится исходя из расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, допустимой перегрузки трансформаторов и их экономической загрузки.
Наивыгоднейшая (экономическая) загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории ЭП, от числа трансформаторов и способов резервирования.
Совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок определяет нагрузочную способность трансформаторов, в основу расчета которой положен тепловой износ изоляции трансформатора. Допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки не приводят к заметному старению изоляции и существенному сокращению нормальных сроков службы.
Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности зависят от продолжительности перегрузки в течении суток, от температуры окружающей среды и системы охлаждения трансформатора.
1) Так как в цехе преобладают приемники 2-й категории, то целесообразно выбрать 2 трансформатора для установки на цеховую трансформаторную подстанцию.
2) Номинальную мощность трансформаторов определяем по условию
Sр=S+S/, где S/=
Sр=125+12,9=137,9ВА (15)
где βт – коэффициент загрузки трансформатора, для приемников второй категории принимается 0,7-0,8; Sр – расчетная максимальная мощность объекта.
Принимаем к установке трансформатор с номинальной мощностью 160 кВА.
3) Проверяем перегрузочную способность трансформатора в аварийном режиме по условию
kав.п. < 1,4 – коэффициент аварийной перегрузки.
Такая перегрузка трансформатора по условию допускается в течение 6 часов 5 суток.
4) По условию коэффициент загрузки трансформатора β питающего приемники 2 и 3-й категории надежности электроснабжения должен составлять 0,5 – 0,7
Условие по загрузке трансформатора выполняется.
Таким образом, принимаем к установке на цеховую трансформаторную подстанцию 2 трансформатора мощностью 160 кВА марки ТМ×160/10.
Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели и индукционные печи. Прохождение в электрических сетях реактивных токов обуславливает добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требует увеличение номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей системы электроснабжения.
Меры по снижению реактивной мощности: естественная компенсация без применения специальных компенсирующих устройств; исскуственные меры с применением компенсирующих устройств.
К естественной компенсации относятся: упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки; создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации; замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка; применение синхронных двигателей вместо асинхронных; ограничение продолжительности холостого ход двигателей и сварочных аппаратов.
К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности.
Выбор компенсирующих устройств
1) Определяем мощность компенсирующего устройства
где tgφk – находится в зависимости от cosφk=0,92, который необходимо получить после установки КУ, Рм – общая активная мощность системы электроснабжения;
Выбираем две комплектные конденсаторные установки КУ – УКН-0,38-75УЗ мощностью Qк.ст = 75 квар;
2) Определяем фактический tgφ
3) Определяем cosφ в зависимости от tgφ
cosφф = cos (arctg φф) = 0,97
Полученный cosφф удовлетворяет условию, поэтому выбранные компенсирующие устройства можно принять к установке.
1.4 Расчет и выбор элементов электроснабжения
1.4.1 Выбор аппаратов защиты и распределительных устройств
Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горючей изоляцией; силовые сети, когда по условию технолотческого процесса или режима их работы могут возникать длительные перегрузки; сети взрывоопасных помещений или взрывоопасных наружных установок независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.
Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей.
Для защиты электрических сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранители являются токоограничивающими аппаратами, так как в них обеспечивается околодуговое пространство и отключение цепи настолько быстро, что при больших кратностях тока в предохранителе ток не успевает достигнуть предельного значения.
Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором до 100 кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и останова электродвигателя и реверса. В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемый электродвигатель от перегрузки. Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока с прямоходовой магнитной системой, в который дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы цепи ЭД.
Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических цепей при анормальных режимах (КЗ и перегрузки), для редких оперативных включений (3-5 в час) при нормальных режимах, а также для защиты цепей от недопустимых снижениях напряжения. Для защиты от токов КЗ в автоматическом выключателе применяется электромагнитный расцепитель мгновенного действия. Тепловой (обычно биметаллический) расцепитель предназначен для защиты от перегрузок, за счет изгибания биметаллической пластины. Расцепитель минимального напряжения срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети (30-50%). Такие расцепители применяют для ЭД, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.
Произведем выбор аппаратов защиты, устанавливаемых у силовых шкафов.
1) К силовым шкафам примем к установке автоматические выключатели, так как они защищают одновременно от токов КЗ и перегрузок одновременно.
2) Произведем расчет для силового шкафа 1
Iр = 32,5 А – расчетный ток силового шкафа;
Iн.а.>=Iн.р. (21)
Iн.р.>=Iр=32,5 А
Выбираем автоматический выключатель серии ВА51Г-31, Iн.а. = 100 А, Iн.р.= 40 А, U = 380 В.
Аналогично выбираем автоматические выключатели ко всем силовым шкафам. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.
Таблица 2.
Для остальных приемников малой мощности целесообразно применить магнитные пускатели совместно с предохранителями.
Произведем выбор для токарных станков с Iном = 30 А
1) Выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ-2200 с Iном = 35 А и номинальным током главных контактов Iном.гл.кон = 35 А, номинальное напряжение U = 380В;
2) Выбор предохранителя. Определяем ток плавкой вставки
(22)
Выбираем предохранитель типа НПН-60М с номинальным током патрона Iном= 250 А, и номинальным током плавкой вставки Iном.вст= 125 А
Аналогично выбираем магнитные пускатели и предохранители к остальным приемникам. Результаты заносим в таблицу 3.
Таблица 3.
Проводники электросетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля-Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания ток Q = I2Rt. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током и отдачей в окружающую среду
Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельнодопустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.
Длительнопротекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.
Значение допустимых длительных токовых нагрузок составляем для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +25°С, температура земли +15°С и при условии, что в траншее уложен только один кабель. Если условие прокладки проводников отличается от идеальных, то допустимый ток нагрузки определяется с поправкой на температуру (kп1) и количество прокладываемых кабелей в одной траншее (kп2)
(23)
Определяем сечение кабеля для силового шкафа №1.
1) Расчетный ток СШ1 равен Iр = 32,5 А
По рекомендации выбираем кабель сечением S = 10 мм2 и допустимым током Iд = 85 А;
2) Проверяем выбранный кабель по условию нагрева
По условию Iд>= Iд/, следовательно, условие выполняется;
3) Проверяем кабель по потере напряжения
(24)
где l – длина кабельной линии, км;
r0 – активное сопротивление кабеля, Ом/км (принимается в зависимости от сечения кабеля);
х0 – индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.
К остальным силовым шкафам расчет сечения кабелей ведется аналогично.
Расчетные данные заносим в таблицу 4.
Таблица 4.
По рассчитанным токам для групп электроприемников распределительные силовые шкафы
1) Для СШ1, Iр = 32,5 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-60.
2) для СШ2, Iр = 89 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.
3) для СШ3, Iр = 132 А выбираем силовой шкаф серии ШРС1-53У3 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.
1.5 Расчет токов короткого замыкания и проверки элементов в характерной линии электроснабжения
1.5.1 Общие сведения о КЗ
При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.
Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
В системе трехфазного переменного тока могут возникать замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 – 92 % от общего числа КЗ).
Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.
Причинами коротких замыканий могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.
Короткие замыкания могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ самоликвидируется в течении безтоковой паузы коммутационного аппарата.
Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств.
Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.
Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.
Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.
1.5.2 Расчет токов КЗ
SHAPE \* MERGEFORMAT 
По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета КЗ все сопротивления указаны в именованных единицах.
Определяем сопротивления элементов цепи расположенных на стороне высокого напряжения трансформатора
(25)
(26)
где Lc – длина линии до трансформатора, х0 – удельное индуктивное сопротивление линии, r0 – активное удельное сопротивление.
Сопротивления приводятся к НН:
4) Определяем сопротивления для трансформатора
Rт=16,6 мОм, Хт=41,7 мОм
5) Определяем сопротивления для автоматических выключателей
1SF R1SF= 0,4 мОм, X1SF=0,17 мОм, Rп1SF=0,6 мОм
SF1 RSF1= 1,3 мОм, XSF1=1,2 мОм, RпSF1=0,75 мОм
6) Определяем сопротивление кабельных линий
КЛ1 r0/=3,12 мОм, x0=0,099 мОм
Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то
КЛ2 r0/=4,16 мОм, x0=0,08 мОм
7) Определяем сопротивления участков цепи до каждой точки КЗ
8) Определяем 3-фазные и 2-фазные токи КЗ
9) Определяем ударные токи КЗ
10) Определяем действующее значение ударного тока
где q – коэффициент действующего значения ударного тока
11) Результаты расчетов заносим в сводную ведомость токов КЗ таблица 5
Таблица 5.
12) Определяем 1-фазные токи КЗ
1.6 Расчет заземляющих устройств
Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой- либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений заземления, прикосновения и шагового напряжения.
Заземляющее устройство состоит из заземления и заземляющих проводников. В качестве заземлений используются естественные заземлители: водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений. Если естественных недостаточно, применяют искусственные заземлители: заглубление в землю вертикальных электродов из труб, уголков или прутков стали и горизонтально проложенных в земле на глубину не менее 0,5 полосы.
В электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.
Расчет заземлителей производиться по формулам.
1) Определяем расчетное сопротивление одного электрода
где ρ – удельное сопротивление грунта (для чернозема 50 Ом·м), Ксез – коэффициент сезонности.
2) Предельное сопротивление совмещенного ЗУ. На низкое напряжение
, принимаем RЗУ = 4 Ом.
3) Определяем количество вертикальных электродов
Принимаем N/в.р = 5.
С учетом экранирования
где η – коэффициент использования вертикальных электродов
4) Определяем длину полосы заземляющего устройства
Lп=2∙5=10 м
5) Определяем уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов
где b – ширина полосы, для круглого горизонтального заземлителя b = 40, t – глубина заложения
5) Определяем фактическое сопротивление заземляющего устройства
Фактическое сопротивление заземляющего устройства (2,7 Ом) меньше допустимого сопротивления, значит заземляющее устройство будет эффективным.
2.6 Составление ведомостей монтируемого электрооборудования
Таблица 6 - Ведомостей монтируемого электрооборудования
2. Организационные и технические мероприятия безопасного проведения работ с электроустановками до 1 КВ
Обеспечение безопасных условий труда в нашей стране является общегосударственной задачей.
В условиях роста электровооруженности и расширения областей использования электрической энергии особое значение в общей системе мероприятий по охране труда приобретают проблемы обеспечения электробезопасности.
В решении этих проблем принимают активное участие органы Энергонадзора, профсоюзные хозяйственные организации НИИ и КБ различных министерств и ведомств.
Работы по обеспечению электробезопасности выполняют с учетом накопленного в мире опыта по совершенствованию способов и средств защиты, разработке руководящих, нормативных и инструктивных документов, усилению деятельности энергослужб предприятий и организаций.
Созданы предпосылки для решения вопросов электробезопасности во взаимосвязи с элементами системы. Введены в действие такие важные для электробезопасности документы, как Система стандартов безопасности труда (ССБТ), методические указания по расследованию производственного травматизма.
При организации новых и техническом перевооружении старых и электроремонтных цехов следует действующими нормами, инструкциями, государственными стандартами и правилами по охране труда, техники безопасности и взрывобезопасности.
К основным мероприятиям по охране труда и технике безопасности относятся:
1. установка защитных ограждений у движущихся элементов, станков и приспособлений;
2. заземление всего оборудования и металлических перегородок испытательных станций и других участков;
3. применение пониженного напряжения для местного освещения рабочих мест;
4. укрытие, герметизация и теплоизоляция оборудования, выделяющая ароматические вещества и теплоту, а также устройство местных отсосов для их удаления;
5. применение общеобменной вентиляции и местных отсосов и оборудования, выделяющего вредные вещества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе произведенных расчетов можно сделать вывод, что выбран наиболее оптимальный и рациональный вариант электроснабжения цеха металлорежущих станков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила устройства электроустановок. - М.:Госэнергонадзор, 2000.
2. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2 т. - Т.II/ Под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. - М.: Энергия, 1974.
3. Справочник энергетика промышленных предприятий. В 4 т. - / Под общ. ред. А.А.Федорова, Г.В.Сербиновского и Я.М.Большама. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.
4. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. Учеб. пособие для СУЗов. - М.: Мастерство, 2002.
5. Электротехнический справочник. В 3 т. - Т.III, Кн. 2/ Под общ. ред. В.Г.Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1982.
6. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии
7. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. Н. Е. Мукасеева. – М.: Энергоатомиздат, 1978.
8. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для СУЗов. - М.: Высшая школа, 1990.
9. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - М.:Высшая школа, 1976.
10. Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебное пособие для СУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
11. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн.1. Производство и распределение электрической энергии. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
1) К силовым шкафам примем к установке автоматические выключатели, так как они защищают одновременно от токов КЗ и перегрузок одновременно.
2) Произведем расчет для силового шкафа 1
Iр = 32,5 А – расчетный ток силового шкафа;
Iн.а.>=Iн.р. (21)
Iн.р.>=Iр=32,5 А
Выбираем автоматический выключатель серии ВА51Г-31, Iн.а. = 100 А, Iн.р.= 40 А, U = 380 В.
Аналогично выбираем автоматические выключатели ко всем силовым шкафам. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.
Таблица 2.
| Iр, А | Iном, А | Iн.р. А | Uном, В | Тип АВ | |
| СШ1 | 32,5 | 100 | 40 | 380 | ВА51Г-31 |
| СШ2 | 89 | 100 | 80 | 380 | ВА51Г-31 |
| СШ3 | 132 | 100 | 100 | 380 | ВА51Г-31 |
Произведем выбор для токарных станков с Iном = 30 А
1) Выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ-2200 с Iном = 35 А и номинальным током главных контактов Iном.гл.кон = 35 А, номинальное напряжение U = 380В;
2) Выбор предохранителя. Определяем ток плавкой вставки
Выбираем предохранитель типа НПН-60М с номинальным током патрона Iном= 250 А, и номинальным током плавкой вставки Iном.вст= 125 А
Аналогично выбираем магнитные пускатели и предохранители к остальным приемникам. Результаты заносим в таблицу 3.
Таблица 3.
| Приемники | Тип магнитного пускателя | Iном, А | Iном.гл.кон, А | Тип предохранителя | Iном, А | Iном.вст, А |
| Электропривод | ПМЛ-1200 | 10 | 10 | НПН2-60 | 60 | 10 |
| Универсальные заточные станки | ПМЛ-1200 | 10 | 10 | НПН2-60 | 60 | 10 |
| Заточные станки для червячных фрез | ПМЛ-3200 | 35 | 35 | НПН-60М | 60 | 32 |
| Резьбошлифовальные станки | ПМЛ-2200 | 25 | 25 | НПН-60М | 60 | 32 |
| Заточные станки для фрезерных головок | ПМЛ-2200 | 25 | 16 | НПН-60 | 60 | 20 |
| Круглошлифовальные станки | ПМЛ-3200 | 40 | 40 | ПН2-100 | 100 | 50 |
| Токарные станки | ПМЛ-3200 | 35 | 35 | ПН2-250 | 250 | 125 |
| Кран-балка | ПМЛ-3200 | 40 | 40 | ПР2-60 | 60 | 45 |
| Заточные станки | ПМЛ-1200 | 10 | 10 | ПР2-60 | 60 | 15 |
| Внутришлифовальные станки | ПМЛ-3200 | 45 | 45 | ПР2-100 | 100 | 60 |
| Плоскошлифовальные станки | ПМЛ-4200 | 70 | 70 | ПН2-250 | 250 | 80 |
Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельнодопустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.
Длительнопротекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.
Значение допустимых длительных токовых нагрузок составляем для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +25°С, температура земли +15°С и при условии, что в траншее уложен только один кабель. Если условие прокладки проводников отличается от идеальных, то допустимый ток нагрузки определяется с поправкой на температуру (kп1) и количество прокладываемых кабелей в одной траншее (kп2)
Определяем сечение кабеля для силового шкафа №1.
1) Расчетный ток СШ1 равен Iр = 32,5 А
По рекомендации выбираем кабель сечением S = 10 мм2 и допустимым током Iд = 85 А;
2) Проверяем выбранный кабель по условию нагрева
По условию Iд>= Iд/, следовательно, условие выполняется;
3) Проверяем кабель по потере напряжения
где l – длина кабельной линии, км;
r0 – активное сопротивление кабеля, Ом/км (принимается в зависимости от сечения кабеля);
х0 – индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.
К остальным силовым шкафам расчет сечения кабелей ведется аналогично.
Расчетные данные заносим в таблицу 4.
Таблица 4.
| Iр, А | Iд, А | S,мм2 | Iд/, А | Kп1 | Кп2 | L, км | R0, Ом/км | Х0, Ом/км | ΔU,% | |
| СШ1 | 32,5 | 85 | 10 | 83 | 1,04 | 0,94 | 0,03 | 1,85 | 0,099 | 0,58 |
| СШ2 | 89 | 85 | 10 | 83 | 1,04 | 0,94 | 0,05 | 1,85 | 0,099 | 1,6 |
| СШ3 | 132 | 85 | 10 | 83 | 1,04 | 0,94 | 0,02 | 1,85 | 0,099 | 0,7 |
1) Для СШ1, Iр = 32,5 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-60.
2) для СШ2, Iр = 89 А выбираем силовой шкаф серии СПУ62-5/1 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.
3) для СШ3, Iр = 132 А выбираем силовой шкаф серии ШРС1-53У3 с номинальным током 280 А, трехполюсный, с 16 отходящими линиями с предохранителями типа НПН-100.
1.5 Расчет токов короткого замыкания и проверки элементов в характерной линии электроснабжения
1.5.1 Общие сведения о КЗ
При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.
Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
В системе трехфазного переменного тока могут возникать замыкания между тремя фазами – трехфазные КЗ, между двумя фазами – двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 – 92 % от общего числа КЗ).
Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.
Причинами коротких замыканий могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.
Короткие замыкания могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ самоликвидируется в течении безтоковой паузы коммутационного аппарата.
Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств.
Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.
Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.
Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.
1.5.2 Расчет токов КЗ
SHAPE \* MERGEFORMAT
По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета КЗ все сопротивления указаны в именованных единицах.
Определяем сопротивления элементов цепи расположенных на стороне высокого напряжения трансформатора
где Lc – длина линии до трансформатора, х0 – удельное индуктивное сопротивление линии, r0 – активное удельное сопротивление.
Сопротивления приводятся к НН:
4) Определяем сопротивления для трансформатора
Rт=16,6 мОм, Хт=41,7 мОм
5) Определяем сопротивления для автоматических выключателей
1SF R1SF= 0,4 мОм, X1SF=0,17 мОм, Rп1SF=0,6 мОм
SF1 RSF1= 1,3 мОм, XSF1=1,2 мОм, RпSF1=0,75 мОм
6) Определяем сопротивление кабельных линий
КЛ1 r0/=3,12 мОм, x0=0,099 мОм
Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то
КЛ2 r0/=4,16 мОм, x0=0,08 мОм
7) Определяем сопротивления участков цепи до каждой точки КЗ
8) Определяем 3-фазные и 2-фазные токи КЗ
9) Определяем ударные токи КЗ
10) Определяем действующее значение ударного тока
где q – коэффициент действующего значения ударного тока
11) Результаты расчетов заносим в сводную ведомость токов КЗ таблица 5
Таблица 5.
| Точка КЗ | Rк, мОм | Xк, мОм | Zк мОм | Rк/Xк | Ку | q |  | iу, кА |  |  | Zп, мОм |  |
| К1 | 103 | 50,3 | 114,6 | >1 | 1 | 1 | 2,01 | 2,01 | 2,01 | 1,75 | 15 | 2,9 |
| К2 | 50,1 | 3,9 | 50 | >1 | 1 | 1 | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,02 | 91,2 | 1,4 |
| К3 | 14 | 0,8 | 14,1 | >1 | 1 | 1 | 16 | 16 | 16 | 13,92 | 371 | 0,5 |
12) Определяем 1-фазные токи КЗ
1.6 Расчет заземляющих устройств
Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой- либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности. Задачей защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений заземления, прикосновения и шагового напряжения.
Заземляющее устройство состоит из заземления и заземляющих проводников. В качестве заземлений используются естественные заземлители: водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений. Если естественных недостаточно, применяют искусственные заземлители: заглубление в землю вертикальных электродов из труб, уголков или прутков стали и горизонтально проложенных в земле на глубину не менее 0,5 полосы.
В электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.
Расчет заземлителей производиться по формулам.
1) Определяем расчетное сопротивление одного электрода
где ρ – удельное сопротивление грунта (для чернозема 50 Ом·м), Ксез – коэффициент сезонности.
2) Предельное сопротивление совмещенного ЗУ. На низкое напряжение
3) Определяем количество вертикальных электродов
Принимаем N/в.р = 5.
С учетом экранирования
где η – коэффициент использования вертикальных электродов
4) Определяем длину полосы заземляющего устройства
Lп=2∙5=10 м
5) Определяем уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов
где b – ширина полосы, для круглого горизонтального заземлителя b = 40, t – глубина заложения
5) Определяем фактическое сопротивление заземляющего устройства
Фактическое сопротивление заземляющего устройства (2,7 Ом) меньше допустимого сопротивления, значит заземляющее устройство будет эффективным.
2.6 Составление ведомостей монтируемого электрооборудования
Таблица 6 - Ведомостей монтируемого электрооборудования
| Трансформатор масляный 10/0,4 кВ, 100 кВА | ТМ-100 | шт. | 2 | 740 |
| Комплектная конденсаторная установка, 0,38 кВ, 75 квар | УКН-0,38-75УЗ | шт. | 2 | |
| Выключатель автоматический 380В, 50Гц, Iр=40А | ВА51Г-31 | шт. | 1 | |
| Выключатель автоматический 380В, 50Гц, Iр=80А | ВА51Г-31 | шт. | 1 | |
| Выключатель автоматический 380В, 50Гц, Iр=100А | ВА51Г-31 | шт. | 1 | |
| Пускатель магнитный, 380В, Iр=10А | ПМЛ-1200 | шт. | 10 | |
| Пускатель магнитный, 380В, Iр=25А | ПМЛ-2200 | шт. | 4 | |
| Пускатель магнитный, 380В, Iр=40А | ПМЛ-3200 | шт. | 17 | |
| Пускатель магнитный, 380В, Iр=70А | ПМЛ-4200 | шт. | 6 | |
| Шкаф распределительный Iн=280А | ШРС1-53У3 | шт. | 3 | |
| Кабель 3x10 Iд=85А | КГ | км. | 0,1 | |
| Предохранитель | НПН2-60 | шт. | 6 | |
| Предохранитель | НПН-60 | шт. | 6 | |
| Предохранитель | ПН2-100 | шт. | 5 | |
| Предохранитель | ПН2-250 | шт. | 9 | |
| Предохранитель | ПР2-60 | шт. | 11 |
2. Организационные и технические мероприятия безопасного проведения работ с электроустановками до 1 КВ
Обеспечение безопасных условий труда в нашей стране является общегосударственной задачей.
В условиях роста электровооруженности и расширения областей использования электрической энергии особое значение в общей системе мероприятий по охране труда приобретают проблемы обеспечения электробезопасности.
В решении этих проблем принимают активное участие органы Энергонадзора, профсоюзные хозяйственные организации НИИ и КБ различных министерств и ведомств.
Работы по обеспечению электробезопасности выполняют с учетом накопленного в мире опыта по совершенствованию способов и средств защиты, разработке руководящих, нормативных и инструктивных документов, усилению деятельности энергослужб предприятий и организаций.
Созданы предпосылки для решения вопросов электробезопасности во взаимосвязи с элементами системы. Введены в действие такие важные для электробезопасности документы, как Система стандартов безопасности труда (ССБТ), методические указания по расследованию производственного травматизма.
При организации новых и техническом перевооружении старых и электроремонтных цехов следует действующими нормами, инструкциями, государственными стандартами и правилами по охране труда, техники безопасности и взрывобезопасности.
К основным мероприятиям по охране труда и технике безопасности относятся:
1. установка защитных ограждений у движущихся элементов, станков и приспособлений;
2. заземление всего оборудования и металлических перегородок испытательных станций и других участков;
3. применение пониженного напряжения для местного освещения рабочих мест;
4. укрытие, герметизация и теплоизоляция оборудования, выделяющая ароматические вещества и теплоту, а также устройство местных отсосов для их удаления;
5. применение общеобменной вентиляции и местных отсосов и оборудования, выделяющего вредные вещества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной пояснительной записке произведен расчет электроснабжение цеха металлорежущих станков, целью которого является выбор наиболее оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов, позволяющих обеспечить необходимую надежность электропитания и бесперебойной работы цеха.
В ходе выполнения курсового проекта мы произвели расчет электрических нагрузок. Выбрали количество и мощность трансформаторов с учетом оптимального коэффициента их загрузки и категории питающихся электроприемников. Выбрали наиболее надежный вариант сечения проводов и кабелей питающих и распределительных линий. Произвели расчет токов короткого замыкания. Определили мощность компенсирующих устройств. Произвели расчет оптимального количества и сопротивление заземляющих устройств.На основе произведенных расчетов можно сделать вывод, что выбран наиболее оптимальный и рациональный вариант электроснабжения цеха металлорежущих станков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила устройства электроустановок. - М.:Госэнергонадзор, 2000.
2. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2 т. - Т.II/ Под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. - М.: Энергия, 1974.
3. Справочник энергетика промышленных предприятий. В 4 т. - / Под общ. ред. А.А.Федорова, Г.В.Сербиновского и Я.М.Большама. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.
4. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. Учеб. пособие для СУЗов. - М.: Мастерство, 2002.
5. Электротехнический справочник. В 3 т. - Т.III, Кн. 2/ Под общ. ред. В.Г.Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1982.
6. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии
7. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. Н. Е. Мукасеева. – М.: Энергоатомиздат, 1978.
8. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для СУЗов. - М.: Высшая школа, 1990.
9. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - М.:Высшая школа, 1976.
10. Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебное пособие для СУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
11. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн.1. Производство и распределение электрической энергии. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
