Электроснабжение завода сварочного оборудования -Дипломный проект

Содержание

1 Введение

1.1 Основные положения системы электроснабжения

1.2 Исходные данные

1.3 Краткая характеристика завода и его электроприемников

2 Основная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

2.1.1 Расчет электрических нагрузок механосборочного цеха

2.1.2 Расчет осветительной нагрузки механосборочного цеха

2.1.3 Расчет осветительной нагрузки завода

2.1.4 Расчёт электрических нагрузок завода

2.2 Картограмма электрических нагрузок

2.3 Выбор рациональных напряжений сети электроснабжения

2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций и места их расположения

2.5 Расчет и выбор мощности компенсирующих устройств

2.6 Выбор схемы электроснабжения завода

2.7 Расчет и выбор мощности трансформаторов главной понизительной подстанции

2.8 Расчет токов короткого замыкания на стороне высокого напряжения

2.9 Выбор и проверка высоковольтного оборудования

2.9.1 Выбор оборудования ГПП на стороне высшего напряжения

2.9.2 Выбор комплектных распределительных устройств и высоковольтных выключателей

2.9.3 Выбор трансформаторов тока напряжением 10 кВ

2.9.4 Выбор трансформаторов напряжения на стороне 10 кВ

2.9.5 Выбор разъединителей и предохранителей для цеховых ТП

2.9.6 Выбор трансформаторов собственных нужд

2.9.7 Расчет и выбор сечения кабелей

2.10 Выбор релейной защиты трансформаторов ГПП

2.11 Расчет релейной защита кабельной линии, питающей трансформатор

2.12 Расчет и выбор элементов силовой сети цеха

2.13 Расчет токов короткого замыкания напряжением до 1000 В

2.14 Расчет и выбор элементов осветительной сети цеха

2.15 Учет электроэнергии и измерение электрических параметров в электроустановке

3 Охрана труда и защита окружающей среды

3.1 Расчет молниезащиты главной понизительной подстанции

3.2 Расчет заземляющего устройства цеховой трансформаторной подстанции

3.3 Меры безопасности при выполнении работ на кабельных линиях

3.4 Загрязнение водных ресурсов

4 Экономическая часть

4.1 Организация ремонта и определение численности ремонтного и эксплуатационного персонала

4.2 Расчёт затрат на заработную плату

4.3 Определение потребности в материалах и запасных частях

4.4 Расчет годовых амортизационных отчислений

4.5 Определение годовых затрат на покупную энергию

4.6 Расчет себестоимости электроэнергии

Заключение

Список литературы

Введение

1.1 Основные положения системы электроснабжения

Электрическая энергия находит широкое применение во всех областях народного хозяйства и в быту. Этому способствуют такие ее свойства, как универсальность и простота использования, возможность производства в больших количествах промышленным способом и передачи на большие расстояния.

Одновременно с началом использования электрической энергии для работы электроприводов различных технологических установок возникла задача распределения и передачи электрической энергии. Дня практического решения этих вопросов используется система электроснабжения, представляющая собой совокупность устройств, необходимых для производства, передачи и распределения электрической энергии электрифицированным технологическим процессам. По мере усовершенствования последних претерпевает изменение и само электроснабжение. В связи с этим очень остро встают вопросы о надежности и качестве электроснабжения. В настоящее время эти два фактора поддерживаются в процессе эксплуатации, обеспечиваются при монтаже и закладываются при проектировании систем электроснабжения. Следовательно, при обеспечении промышленного объекта электроэнергией следует изначально, на стадии проектирования, задаться необходимым уровнем надежности и качества электрической энергии, соответствующем той или иной категории потребителя. Ведь структура и характеристика потребителей определяет условия построения схемы их электроснабжения. Поэтому при проектировании системы электроснабжения необходимо проводить тщательный анализ характера и состава подключаемой нагрузки. И далее на основании этого анализ создается конкретная система электроснабжения, обеспечивающая заданный уровень надежности и качества электроснабжения.

Целью данного дипломного проекта является разработка рациональной системы электроснабжения завода сварочного оборудования.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- рассчитать электрические нагрузки характерных групп электроприемников и узлов, а также всего предприятия в целом;

- определить структуру СЭС: места расположения ГПП, цеховых подстанций, распределительных пунктов, число и мощности трансформаторов, средств компенсации реактивной мощности;

- определить рациональное напряжение питания и распределения электроэнергии, а также способов канализации электроэнергии по территории завода;

- осуществить выбор видов и типов оборудования и аппаратуры с учетом условий их функционирования, требований надежности, безопасности, гибкости и экономичности.

1.3 Краткая характеристика завода и его электроприемников

Завод сварочного оборудования включает в себя 11 цехов, 8 из которых являются производственными: главный корпус, механосборочный, инструментальный, механический, кузнечный, штамповочный, сборочный, литейный цеха и лабораторноиспытательный корпус. Также в состав завода входят заводоуправление, компрессорная и насосная станций. В компрессорной имеется 4 синхронных двигателя мощностью 800 кВт каждый на напряжение 10 кВ.

Основными потребителями в большинстве цехов являются электроприемники IIIII категории надежности электроснабжения, отключения которых может привести к нарушению технологического цикла и массовому недоотпуску продукции. В ряде цехов имеются также потребители I категории надежности электроснабжения – оборудование насосной и компрессорной станций. К III категории надежности электроснабжения относятся: склад готовой продукции, материальный склад и заводоуправление.

К производственным потребителям относятся: силовые общепромышленные установки, осветительные установки, электроприводы производственных механизмов, электротермические и гальванические установки.

К силовым общепромышленным установкам относятся: компрессоры, вентиляторы, насосы. Двигатели компрессоров, вентиляторов и насосов работают в продолжительном режиме и в зависимости от мощности снабжаются электрической энергией на напряжении от 0,22 до 10 кВ. Мощность таких установок изменяется в очень широком диапазоне от долей единицы до тысяч киловатт. Питание двигателей производится током промышленной частоты 50 Гц. Характер нагрузки, как правило, ровный, особенно для мощных установок. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьезное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования.

Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов чаще всего применяют синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности.

Подъемно-транспортные устройства работают в повторно-кратковременном режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки. В связи с резкими изменениями нагрузки коэффициент мощности также изменяется в значительных пределах, в среднем от 0,3 до 0,8.

Электродвигатели производственных механизмов встречаются на всех производственных предприятиях. Для электропривода современных станков применяются все виды двигателей. Мощность двигателей чрезвычайно разнообразна и изменяется от долей до сотен киловатт и больше. В станках, где требуются высокие частоты вращения и регулирование ее, применяются двигатели постоянного тока, питающиеся от выпрямительных установок. Напряжение сети 380/220 В с частотой 50 Гц. Коэффициент мощности колеблется в широких пределах в зависимости от технологического процесса. По надежности электроснабжения эта группа приемников относится, как правило, ко IIй категории.

Осветительная нагрузка имеет равномерный характер, но ее значение существенно меняется в зависимости от времени суток, года и географического расположения объекта. Электрические светильники представляют собой однофазную нагрузку, однако благодаря незначительной мощности приемника (обычно не более 2 кВт) в электрической сети при правильной группировке осветительных приборов можно достичь достаточно равномерной нагрузки по фазам (с несимметрией не более 510%). Частота тока общепромышленная, равная 50 Гц. Коэффициент мощности для ламп накаливания равен 1, для газоразрядных ламп 0,6. Следует иметь в виду, что в проводах, особенно нулевых, при применении газоразрядных ламп появляются высшие гармоники тока.

Кратковременные (несколько секунд) аварийные перерывы в питании осветительных установок допустимы. Продолжительные перерывы (минуты и часы) в питании для некоторых видов производства недопустимы. В таких случаях применяется резервирование питания от второго, источника тока (в некоторых случаях даже от независимого источника постоянного тока). Для осветительных установок промышленных предприятий применяются напряжения от 6 до 220 В.

Электротермические приемники промышленных предприятий в соответствии с методами нагрева делят на следующие группы: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления и электросварочные установки. На заводе сварочного оборудования имеются печи сопротивления, индукционные и сварочные установки.

Печи сопротивления по способу нагрева подразделяются на печи косвенного действия и печи прямого действия. Нагрев материала в печах косвенного действия происходит за счет тепла, выделяемого нагревательными элементами при прохождении по ним электрического тока. Печи косвенного нагрева являются установками напряжением до 1000 В и питаются в большинстве случаев от сетей 380 В промышленной частоты 50 Гц. Печи выпускаются одно- и трехфазными мощностью от единиц до нескольких тысяч киловатт. Коэффициент мощности в большинстве случаев равен 1.

В печах прямого действия нагрев осуществляется теплом, выделяемым в нагреваемом изделии при прохождении по нему электрического тока. Печи выполняются одно- и трехфазными мощностью до 3000 кВт; питание осуществляется током промышленной частоты 50 Гц от сетей 380/220 В. Большинство печей сопротивления в отношении бесперебойности электроснабжения относится к приемникам электрической энергии второй категории.

Электросварочные установки переменного тока работают на промышленной частоте переменного тока 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки и сварочных аппаратов контактной сварки. Сварка на переменном токе дает однофазную нагрузку с повторно-кратковременным режимом работы, неравномерной нагрузкой фаз и, как правило, низким коэффициентом мощности (0,30,35 для дуговой и 0,40,7 для контактной сварки). Сварочные установки питаются от сетей напряжением 380220 В. С точки зрения надежности питания, сварочные установки относятся к приемникам электрической энергии 2-й категории.

Частью проекта является разработка системы электроснабжения механосборочного цеха. В цехе установлены станки фрезерные, сверлильные, шлифовальные, токарные, расточные станки.

Цех механосборочный предназначен для серийного производства деталей и сборки узлов. В цехе имеются производственные и вспомогательные помещения.

Потребители электрической энергии цеха относятся по надежности и бесперебойности электроснабжения к II и III категории.

На токарных станках производится обработка наружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вращения цилиндрической, конической и фасонной формы, а также прорезание канавок, нарезание наружной и внутренней резьбы.

Шлифовальные станки служат для чистовой обработки наружных и внутренних поверхностей деталей.

Сверлильные станки используют для получения сквозных и глухих отверстий в деталях с помощью сверл, расточки отверстий резцами и чистой обработки отверстий, предварительно получаемых литьем или штамповкой, и выполнение других операций.

При размещении оборудования учтены нормы расстояния для безопасных перемещений деталей и самих рабочих в процессе работы.

Для транспортировки деталей и узлов, а также для погрузки и разгрузки заготовок, полученных из других цехов завода, в цехе установлены мостовые краны.

Механосборочный цех по характеристике окружающей среды относится к помещениям с нормальными условиями. Относительная влажность в помещении в теплый период года составляет 4044%, а в холодный – 40%, температура воздуха 1822ºС.

В отношении опасности поражения людей электрическим током, согласно ПУЭ, механосборочный цех относится к помещению с повышенной опасностью так как имеет: токопроводящие полы (металлические и железобетонные) и возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий и технологическим аппаратам с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

Работа в цехах предусмотрена в три и две смены, заводоуправления – в одну.

2 основная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

Началом проектирования систем электроснабжения завода является определение электрических нагрузок.

Расчётная мощность, потребляемая электроприёмниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП. Необходимость определения расчётных нагрузок завода сварочного оборудования вызвана неполной загрузкой некоторых ЭП, неодновременностью их работы, вероятностным случайным характером включения и отключения ЭП, зависящим от особенностей технологического процесса и организационно-технических мероприятий по обеспечению надлежащих условий труда рабочих и служащих данного производства. Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок и обеспечение необходимой степени бесперебойности их питания имеют большое значение для всего последующего расчета и выбора элементов системы электроснабжения предприятия.

Расчет нагрузок выполняем согласно «Указаниям по расчету электрических нагрузок» РТМ 36.18.32.492, введенных с 1 января 1993 года. Сначала рассчитывают нагрузку механосборочного цеха, затем по заводу в целом.

При расчете нагрузок учитывают, что нагрузка объектов (цеха, предприятия) состоит из силовой и осветительной. Расчетная силовая нагрузка рассчитывается с применением коэффициентов использования и расчетного. Нагрузка электрического освещения определяется по удельной мощности Pуд.о в зависимости от требуемой освещенности.

3.3.3 Разрезание кабеля, вскрытие муфт

Перед разрезанием кабеля или вскрытием муфт следует удостовериться в том, что работа будет выполняться на подлежащем ремонту кабеле, что этот кабель отключен и что выполнены технические мероприятия.

На рабочем месте подлежащий ремонту кабель следует определить:

при прокладке в туннеле, коллекторе, канале- прослеживанием, сверкой раскладки с чертежами и схемами, проверкой по биркам;

при прокладке кабелей в земле - сверкой их расположения с чертежами прокладки.

Для этой цели должна быть предварительно прорыта контрольная траншея (шурф) поперек кабелей, позволяющая видеть все кабели.

Перед разрезанием кабеля или вскрытием соединительной муфты необходимо проверить отсутствие напряжения с помощью изолирующей штанги и стальной иглы или режущего наконечника. Приспособление должно обеспечить прокол или разрезание оболочки до жил с замыканием их между собой и заземлением.

Кабель у места прокалывания предварительно должен быть закрыт экраном.

При проколе кабеля следует пользоваться спецодеждой, диэлектрическими перчатками и средствами защиты лица и глаз, при этом необходимо стоять на изолирующем основании сверху траншеи на максимальном расстоянии от прокалываемого кабеля.

Прокол кабеля должны выполнять два работника: допускающий и производитель работ или производитель и ответственный руководитель работ; один из них, прошедший специальное обучение, непосредственно прокалывает кабель, а второй - наблюдает.

Для заземления прокалывающего приспособления могут быть использованы заземлитель, погруженный в почву на глубину не менее 0,5 м, или броня кабеля. Присоединять заземляющий проводник к броне следует посредством хомутов; броня под хомутом должна быть зачищена.

В тех случаях, когда броня подверглась коррозии, допускается присоединение заземляющего проводника к металлической оболочке кабеля.

На кабельных линиях электростанций и подстанций, где длина и способ прокладки кабелей позволяют, пользуясь чертежами, бирками, кабеле искательным аппаратом, точно определить подлежащий ремонту кабель, допускается, по усмотрению выдающего наряд, не прокалывать кабель перед его разрезанием или вскрытием муфты.

Вскрывать соединительные муфты и разрезать кабель в тех случаях, когда предварительный прокол не делается, следует заземленным инструментом, надев диэлектрические перчатки, используя средства защиты лица и глаз, стоя на изолирующем основании.

3.3.4 Разогрев кабельной массы и заливка муфт

Кабельная масса для заливки муфт должна разогреваться в специальной железной посуде с крышкой и носиком.

Кабельная масса из вскрытой банки вынимается при помощи подогретого ножа в теплое время года, и откалывается - в холодное время года.

Не допускается разогревать невскрытые банки с кабельной массой.

При заливке муфт массой работник должен быть одет в специальную одежду, брезентовые рукавицы и предохранительные очки.

Разогрев, снятие и перенос сосуда с припоем, а также сосуда с массой должны выполняться в брезентовых рукавицах и предохранительных очках. Не допускается передавать сосуд с припоем либо сосуд с массой из рук в руки, при передаче необходимо ставить их на землю.

Перемешивание расплавленной массы следует выполнять металлической мешалкой, а снятие нагара с поверхности расплавленного припоя - металлической сухой ложкой. Мешалка и ложка перед применением должны быть подогреты.

В холодное время года соединительные и концевые муфты перед заливкой их горячими составами должны быть подогреты.

Разогрев кабельной массы в кабельных колодцах, туннелях, кабельных сооружениях не допускается.

3.4 Загрязнение водных ресурсов

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 6080% всей пресной воды.

В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека, В Москве, например, на каждого жителя приходится около 650 л, что является одним из самых высоких показателей в мире.

Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 45%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 г. человечество может исчерпать все запасы пресной воды.

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (Свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах.

Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в вода источники с поверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе и в Москве. В связи с этим проводится гиперхлорирование воды, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.

Одним из основных загрязнителей поверхностных вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 515мг/л при ПДК - 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны – аммонийный и нитратный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, метил меркаптан, формальдегид и др. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятийпроизводителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает».

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.

Эвтрофизация – обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. От этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращается концентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски.

Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота.