Электроснабжение цеха

Введение

 

Основными потребителями  электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют  более половины всей энергии, вырабатываемой в нашей стране.

Ввод  в действие новых предприятий, расширение существующих, рост энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологии во всех отраслях производств выдвигают их рациональное использование.

Электроустановки  потребителей электроэнергии разделяются  на две категории: напряжением до 1 кВ и электроустановки выше 1 кВ. Это разделение связано с различием в типах аппаратов, а также, с различием в условиях безопасности, требованиях предъявляемых при сооружении  и эксплуатации электроустановок разных напряжений.

В России, как и во многих других странах, для  производства и распределения электроэнергии применяется трехфазный переменный ток частотой 50 Гц. Сети и установки трехфазного тока более экономичны по сравнению с установки однофазного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электроприводов наиболее надежные, простые и дешевые асинхронные электродвигатели.

Наряду  с трехфазным током в некоторых  отраслях промышленности применяют  постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока..

Следует отметить, что энергетика России развивается  на базе новых технических достижений в области проектирования и строительства электростанций, электрооборудования и линий электропередач, а также прогресса отечественного машиностроения, ставшего надежной основой развития электроэнергетического хозяйства страны.

1. Характеристика объекта проектирования

 

1.1. Характеристика производственной зоны.

 

Механоремонтный цех является составной частью отрасли  тяжелого машиностроения и предназначен для выпуска различных изделий  для этого производства. В цехе предусмотрено термическое отделение, в котором производится подготовка заготовок и окончательная подготовка готовых изделий. В станочном отделении установлены станки различного назначения, Транспортные операции производятся с помощью мостовых кранов и наземных тележек. Кроме, основных производственных помещений в цехе имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения.

Потребители электроэнергии относятся ко 2 категории  электроснабжения. Для электроприемников 2 категории при нарушении электроснабжения одного источника питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Грунт в районе цеха песок. Каркас здания сооружен из бетонных блоков и плит. Размеры цеха: длина – 50 м, ширина – 32 м, высота –7 м.

Основную  часть электрооборудования составляют металлообрабатывающие станки, которые  работают в продолжительном режиме. Так же присутствуют подъемно – транспортное оборудование, в нашем случае мостовые краны, работающие в повторно – кратковременном режиме с продолжительностью включения 25%. Помимо основного оборудования в цеху установлены трехфазные печи сопротивления, предназначенные для обжига и закалки обрабатываемых деталей.

    1.2. Оценка уровня электрификации и автоматизации механоремонтного цеха.

 

Для питания электрических  сетей промышленных предприятий  в основном применяют трехфазное переменное напряжение.

При выборе напряжения следует учитывать  мощность, количество и расположение электроприемников, возможность их совместного питания, а также технологические особенности производства.

Для питания заводских ТП или КТП  чаще применяют напряжение 10кВ. Для  внутрицеховых электросетей наибольшее распространение имеет напряжение 380/220В с частотой 50Гц, основное преимущество которого является возможность совместного питания силового и осветительного электрооборудования.

Данный объект проектирования получает электроснабжение от комплектной трансформаторной подстанции расположенной от цеха расстоянии 0,5км. Соединение КТП и щитовой в цехе осуществляется  с помощью кабеля. Комплектная трансформаторная подстанция получает питание от главной понизительной подстанции по средствам токопроводов. ГПП находится на расстоянии 10км от КТП.

 

2. Электроснабжение механоремонтного цеха

2.1. Расчет электрических нагрузок

 

Определение общей  расчетной нагрузки необходимо для  выбора сечения проводов питающей линии  или распределительной магистрали, от которой электроприемники получают питание, числа и мощности понижающих трансформаторов, устанавливаемых в КТП и на ГПП.

Так же от этого расчета зависят денежные затраты при установке, монтаже  и эксплуатации выбранного электрооборудования.

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства или автоматизации, перерасходу проводникового материала сетей и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего электрооборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электрических сетей, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению сроку службы.

В настоящее  время методом расчета электрических  нагрузок промышленных предприятий  является метод упорядоченных диаграмм. Метод применяется тогда, когда  известны номинальные данные всех ЭП (электроприемников) предприятия и их размещение на плане цеха. Метод позволяет по номинальной мощности ЭП с учетом их числа и характеристик определить расчетную нагрузку любого узла схемы электроснабжения.

  Для каждой группы ЭП определяем  среднюю активную нагрузку за наиболее загруженную смену  Р_см  по формуле [2]

  Р_см=к_и*Р_ном ,                                          (2.1)

 

где Р_ном – номинальная мощность одного ЭП

       к_и – коэффициент использования электрооборудования [2].

Определим среднюю нагрузку для группы  А и Б.

Крупные станки:

 

Р_см1 = 0,16*28= 4,5 (кВт)

 

Р_см2 = 0,16*51= 8,2 (кВт)

 

Р_см3 = 0,16*48= 7,7 (кВт)

 

Р_см4 = 0,16*10= 1,6 (кВт)

 

Р_см5 = 0,16*9,5= 1,52 (кВт)

 

Мелкие  станки:

Р_см6  = 0,13*6 =0, 8 (кВт)

 

Р_см7  = 0,13*12 =1,56 (кВт)

 

Р_см8  = 0,13*4, 5 =0,6 (кВт)

 

Мостовой  кран:     

Р_см9  = 0,06*60 =3,6 (кВт)

 

Печи  сопротивления:

Р_см10  =0,5*200=100 (кВт)

 

Вентиляторы:

 

Р_см11 = 0,7*15=10,5 кВт

 

Определяем  общую суммарную среднюю активную мощность.

 

Σ Р_см  = Р_см1 +Р_см2 +Р_см3 +Р_см4 +Р_см5 +Р_см6 +Р_см7 +Р_см8 +Р_см9 +Р_см10 +Р_см11       (2.2)

 

Σ Р_см  =4,5+8,2+7,7+1,6+1,52+0,8+1,56+0,6+3,6+100+10,5=140,6 (кВт)

 

Определим среднюю  реактивную мощность для группы А  и Б по формуле [2]

 

Q_см = Р_см* tg φ,                    (2.3)

 

Крупные станки:

Q_см1 = 4,5*1,33 = 6 (квар)

 

Q_см2  = 8,2*1,33 = 11 (квар)

 

Q_см3  =  Р_см3* tg φ₃ = 7,7*1,33 = 10,3 (квар)

 

Q_см4  =  Р_см4* tg φ₁ = 1,6*1,33 = 2,13 (квар)

 

Q_см5  =  Р_см5* tg φ₅ = 1,52*1,33 = 2 (квар)

 

 

Мелкие  станки:

Q_см6  =  Р_см6* tg φ₆ = 0,8*1,73 = 1,4 (квар)

 

Q_см7  =  Р_см7* tg φ₇ = 1,56*1,73 = 2,7 (квар)

 

Q_см8  =  Р_см8* tg φ₈ = 0,6*1,73 = 1 (квар)

 

Мостовой кран:

 

Q_см9  =  Р_см9* tg φ₉ = 3,6*1,73 = 6,23 (квар)

 

Печи  сопротивления:

 

                        Q_см10=  Р_см10* tg φ₁₀ = 100*0,33 = 33 (квар)

 

Вентиляторы:

 

Q_см11=  Р_см11* tg φ₁₁ = 10,5*0,75 = 7,9 (квар)

 

Определим  общую суммарную среднюю реактивную мощность.

 

ΣQ_см=Q_см1 +Q_см2 +Q_см3+ Q_см4+ Q_см5+ Q_см6+ Q_см7+ Q_см8+ Q_см9+ Q_см10+ Q_см11           (2.4)

 

ΣQ_см = 6+11+10,3+2,13+2+1,4+2,7+1+6,23+33+7,9 = 84 (квар)

 

 

Определим общий коэффициент использования  оборудования по формуле [2]

 

К_и= ΣР_см / ΣР_ном,                                                  (2.5)

где ΣР_см – суммарная средняя активная мощность, ΣР_см= 140,6 кВт

       ΣР_ном - суммарная номинальная мощность,  ΣР_ном= 444 кВт

 

К_и= 140,6 / 444 = 0,32

 

Найдем  общий tg φ по формуле [2]

 

                 tg φ = ΣQ_см / ΣР_см,                                    (2.6)

 

где  ΣQ_см - суммарная средняя реактивная мощность, ΣQ_см = 84 квар.

 

tg φ= 84 / 140,6 = 0,6

 

Определим отношение наибольшей номинальной  мощности к наименьшей номинальной  мощности по  формуле [2]

 

m = Р_{ном max} / Р_{ном min} ,                                          (2.7)

 

где Р_{ном max} - наибольшая номинальная мощность, Р_{ном max} = 50 кВт

      Р_{ном min} - наименьшая номинальная мощность, Р_{ном min} = 3 кВт

 

m = 50 / 3 = 16,7

 

Для дальнейшего расчета определяем эффективное число электроприемников n_э. Так как К_и > 0,2 и m  > 3, то воспользуемся упрощенной формулой [2]

 

n_э = 2 ΣР_{ном і} / Р_{ном max} ,                                         (2.8)

где ΣР_{ном і} – сумма номинальных мощностей всех электроприемников, 
ΣР_{ном і}=143,5 кВт

 

n_э = 2*143,5 / 50 = 6

 

По [2, табл. 2.3] при  n_э = 6 и К_и= 0,32  определяем, что коэффициент максимума использования электрооборудования равен  К_м = 1,88 .

С учетом коэффициента максимума определяем расчетную максимальную мощность ΣР_р для всего электрооборудования по формуле [2]

 

ΣР_р = К_м* ΣР_см,                                                 (2.9)

 

ΣР_р =1,88*140,6 = 265 (кВт)

 

При К_и>0,2 и n_э<10 коэффициент максимума для расчетной реактивной мощности ΣQ_р будет равен К^'_м = 1,1 и ее определяют по формуле [2]

 

ΣQ_р = К^'_м *ΣQ_см ,                                       (2.10)

 

ΣQ_р =1,1*84 = 92,4 (квар)

 

Определим полную расчетную мощность S_р по формуле [2]

S_р = ΣР_р² + ΣQ_р² ,                                           (2.11)

 

S_р =

265²+92,4² = 281 (кВ*А)

 

Определим расчетный ток I_р по объекту проектирования по формуле [2]

 

I_р = S_р / ( *U_ном) ,                                         (2.12)

где U_ном – номинальное напряжение в сети, U_ном = 0,38 кВ.

 

I_р=281 /(

*0,38) = 428 (А)

2.2. Расчет компенсирующего устройства

  Одним из вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности с одновременным  улучшением качества электроэнергии непосредственно  в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышение эффективности электроустановок предприятия.

Устройства  компенсации реактивной мощности, устанавливаемые  у потребителя, должны обеспечивать потребление от энергосистемы реактивной мощности в пределах, указанных в условиях присоединения электроустановок этого потребителя к энергосистеме.

Существует  два способа компенсации реактивной мощности: искусственная и естественная. Искусственная компенсация подразумевает  собой присоединение к энергосистеме компенсирующих устройств, к ним относятся конденсаторные батареи, синхронные двигатели. Данная компенсация требует значительных материальных затрат.

Естественная  компенсация  - это создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации; замена трансформаторов и электрооборудования старых конструкций на новые, с меньшими потерями на перемагничивание; упорядочивание и автоматизация технологического процесса; применение синхронных двигателей вместо асинхронных, когда это допустимо по условиям технологического процесса; замена малонагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка. Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших затрат и должна проводится в первую очередь.