Электроснабжение промышленного предприятия

Курсовой проект.docx

Характеристика производства и приемников электроэнергии5
Составление сводной ведомости электрооборудования7
Выбор напряжения цеховой питающей электросети10
Разработка принципиальной схемы электроснабжения11
Расчет электрических нагрузок15
1 Расчет трехфазных электрических нагрузок15
2 Расчет электрической нагрузки освещения18
Расчет мощности компенсирующих устройств20
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов места расположения и типа цеховой подстанции22
Расчет распределительной электрической сети24
Защита электрооборудования автоматика и измерения в системе электроснабжения27
Расчет защитного заземления35
Список использованных источников39
Электрическая энергия на сегодняшний день является самым универсальным и самым необходимым для работы видом энергии. Для промышленных предприятий система электроснабжения крайне важна. Сегодня невозможно представить даже самое маленькое предприятие которое могло бы обойтись без электроэнергии. В промышленности потребляется большое количество электрической энергии и перерыв в электроснабжении может привести к полной остановке работы предприятия из-за нарушения технологического процесса а значит привести к большим денежным затратам. Поэтому электроснабжение предприятия должно быть надежным а поставляемая энергия качественной.
Потребление электроэнергии в Беларуси постоянно растет. Системы электроснабжения непрерывно развиваются и улучшаются. Тема развития систем электроснабжения сейчас особо актуальна в связи с вводом в эксплуатацию белорусской АЭС.
В курсовом проекте необходимо разработать принципиальную схему электроснабжения предприятия произвести расчет электрических нагрузок предприятия выбрать число и мощность силовых трансформаторов. Также необходимо выполнить расчет распределительной сети и произвести проверку элементов электроснабжения по токам короткого замыкания.
Характеристика производства и приемников электроэнергии
Механический участок предназначен для ремонта деталей слесарно-механической обработкой. На этом участке проводят работы по восстановлению относительно простых деталей а также для изготовления некоторых деталей нетоварной номенклатуры (дополнительных ремонтных простых осей валов).
Основным видом технологического оборудования механического участка являются металлорежущие станки. В разрабатываемом механическом участке предполагается разместить 40 металлорежущих станков различной мощности чья мощность равна 3038 кВт что составляет 291 % от мощности всех потребителей. Карусельные станки с ЧПУ имеют общую мощность
0 кВт или 364% от мощности участка. Универсальные станки с ЧПУ мощностью 265 кВт составят 254 % от общей мощности. Вентиляторы общей мощностью 52 кВт и кран-балки мощностью 44 кВт составляют 71% и 42% соответственно. Все приемники электроэнергии на участке относятся ко второй категории электроснабжения так как перерыв в электроснабжении приведет к массовому недоотпуску продукции простою рабочих механизмов и технологического оборудования но не будет угрожать жизни людей или оказывать влияние отрасли в целом [1 2].
Электроприемники на участке питаются переменным током промышленной частоты 50 Гц напряжением 380 В. Металлорежущие станки станки с ЧПУ и кран-балки работают в повторно-кратковременном режиме а вентиляторы в продолжительном режиме работы.
Цех имеет площадь равную – 480 м2. Влажность воздуха в помещении не превышает 75 % то есть сырость отсутствует. По условиям технологического процесса температура воздуха на участке не превышает 35 0С отсутствуют токопроводящие полы и токопроводящая пыль а также отсутствует химически активная среда. Следовательно помещение механического участка
по условиям окружающей среды можно классифицировать как помещение без повышенной опасности [2]. Средняя освещенность рабочих поверхностей должна быть не менее 150 лк [4].
Составление сводной ведомости электрооборудования
В курсовом проекте необходимо произвести расчет электроснабжения механического участка. Для этого необходимо подобрать сечения проводов и кабелей питающих сетей ответвлений а также защитных аппаратов. Основными исходными данными для выбора сечений являются длительный рабочий ток (расчетный номинальный) и к кратковременный максимальный (пусковой пиковый). Для определения этих токов необходимы номинальные данные электродвигателей входящих в состав технологического оборудования цеха режимы их пусков и работы.
Произведем подбор электродвигателей и представим результаты в виде таблицы. Электродвигатель необходимо выбирать таким образом чтобы его номинальная мощность соответствовала мощности приводного механизма:
где PУСТ – установленная мощность электродвигателя кВт;
PН ЭД – номинальная мощность электродвигателя кВт.
Двигатель должен быть выбран в соответствии с напряжением заводской сети:
где UС – номинальное напряжение сети кВ;
UН ЭД – номинальное напряжение электродвигателя кВ.
Расчетный ток определяется по формуле:
где – коэффициент полезного действия электродвигателя;
cos – коэффициент мощности электродвигателя.
Выберем электродвигателя для металлорежущего станка с установленной мощностью 25 кВт. Рассмотрим асинхронный двигатель марки АИР100S4 используя данные [1]. Проверим его согласно формулам (2.1) – (2.3):
Условия выполняются следовательно выбираем АИР100S4.
Результаты сводной ведомости электрооборудования сведем в таблицу2.1.
Таблица 2.1 – Сводная ведомость электрооборудования
Наименование участка
Технологическое оборудование
Тип электрообору-дования
Номинальные параметры электрооборудования
Механический участок
Металлорежущие станки
Карусельные станки с ЧПУ
Продолжение таблицы 2.1
Универсальные станки с ЧПУ
Выбор напряжения цеховой питающей электросети
В промышленности в качестве напряжения цеховой питающей сети используют напряжение 660380 В с глухозаземленной нейтралью и напряжение 380220 В с глухозаземленной нейтралью.
Достоинства напряжения 660380 В:
-экономия цветного металла;
-снижение потерь электроэнергии;
-удешевление стоимости пусковой аппаратуры;
-удобства при ведении электромонтажных работ.
Недостатки напряжения 660380 В:
-невозможность совмещения питания силовых и осветительных электроприемников;
-необходимость для измерительных цепей напряжения дополнительно устанавливать трансформаторы напряжения со вторичным напряжением 100 В;
-изготовление отдельных механизмов только с электроприемниками 380 В;
-повышенная опасность.
Напряжение 380220 В имеет следующие достоинства:
-возможность совместного питания силовых и осветительных электроприемников;
-является более безопасным чем 660380.
Недостатки напряжения 380220 В:
-увеличение сечения проводников;
-незначительно увеличение потери напряжения и мощности в сети.
Так как практически все электродвигатели имеют мощность меньше чем 100 кВт и проанализировав изложенные выше плюсы и минусы приходим к вывод что наиболее рационально использовать в качестве напряжения цеховой питающей сети напряжение 380220 В.
Разработка принципиальной схемы электроснабжения
Внутрицеховые сети условно делят на питающие и распределительные. Под питающими сетями понимают сети отходящие непосредственно от распределительных устройств подстанций к первичным силовым пунктам и щитам. Под распределительными сетями понимают сети отходящие от пунктов щитов или шинопроводов непосредственно к электроприемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам.
Радиальная схема – схема в которой линия электропередачи соединяет подстанцию верхнего уровня с подстанцией нижнего уровня (или устройства распределения электроэнергии приемником электроэнергии) без промежуточных отборов мощности. Радиальные схемы просты надежны в большинстве случаев позволяют использовать упрощенные схемы первичной коммутации подстанции нижнего уровня. Аварийной отключение радиальной линии не отражается на потребителях электроэнергии подключенных к другим линиям. К недостаткам радиальных схем можно отнести более высокую стоимость по сравнению с магистральными схемами большой расход коммутационной аппаратуры и цветных металлов.
Радиальные схемы следует применять при наличии сосредоточенных нагрузок (крупные электроприемники или группа мелких приемников) во взрывоопасных цехах а также в цехах с химически активной средой и т.п.
Магистральные схемы электроснабжения дают возможность снизить затраты за счет уменьшения количества используемых аппаратов и уменьшения длины питающих линий. Основным их недостатком (по сравнению с радиальными схемами) является меньшая надежность электроснабжения так как при повреждении магистрали происходит отключение всех потребителей питающихся от нее. Надежность питания будет повышена при подаче напряжения на второй конец магистрали от другого источника. В этом случае образуется кольцевая магистраль от которой при наличии двухтрансформаторных подстанций могут питаться приемники второй категории. Для повышения надеж-
ности магистральных схем могут применяться и другие ее модификации например схема двойных сквозных магистралей когда две магистрали поочередно заводятся на каждую секцию подстанций; эта схема позволяет питать нагрузку первой категории.
Магистральные схемы применяются при нагрузках распределенных более или менее равномерно по площади цеха. При магистральных схемах электроприемники присоединяются к магистралям чаще всего непосредственно.
Наибольшее распространение находят смешанные схемы электрических сетей сочетающие в себе элементы как радиальных так и магистральных схем.
Смешанные схемы наиболее полно удовлетворяют требованиям дешевизны установки ее надежности и простоты в эксплуатации и считаются наиболее прогрессивным способом цехового распределения энергии. Конструкции смешанных сетей выбирают в зависимости от характеристики и конструкции здания и распределения приемников по площади цеха.
В данной курсовой работе наиболее рациональный подход – это радиальная схема электроснабжения с использованием распределительных силовых пунктов. Такой подход удорожает схему однако при радиальном подключении схема упрощается значительно повышается надежность электроснабжения а также улучшаются условия эксплуатации оборудования.
В помещении электроремонтного участка установлено 7 силовых пункта СП марки СПА-77. Силовые пункты запитаем непосредственно от КТП пятижильным кабелем ВВГ проложенным по стенам на скобах. В силовых пунктах устанавливаем автоматические трехполюсные выключатели марки ВА-77 в качестве вводных и ВА-77 к элекпроприемникам. Электроприемники запитываем пятижильными кабелями марки ВВГ. С целью надежности электроснабжения цеховой сети число ступеней защиты не должно превышать трех.
Cформируем схему цехового электроснабжения разбив электроприемники по группам в зависимости от источника питания.
Распределение приемников по группам приведено в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Распределение электроприемников по группам
Группа электроприемников
Продолжение таблицы 4.1
Расчет электрических нагрузок
Определение электрических нагрузок производится с целью выбора числа и мощности трансформаторов выбора кабелей и шинопроводов проверки их по нагреву и потере напряжения для расчета отклонений и колебаний напряжения выбора коммутационно – защитной аппаратуры и компенсирующих устройств.
Для расчета электрических нагрузок применяют следующие методы:
– метод коэффициента максимума и средней мощности для определения расчетной мощности одного из наиболее энергоемких цехов;
– метод коэффициента спроса и установленной мощности для определения расчетной мощности цехов предприятия;
– метод удельных мощностей для определения расчетных нагрузок осветительных сетей.
1 Расчет трехфазных электрических нагрузок
Расчетная максимальная нагрузка цеха:
где KМ – коэффициент максимума определяемый в зависимости от KИ и nЭ;
где KИ – коэффициент использования группы электроприемников [3];
nЭ – эффективное число приемников;
где PСР – средняя мощность электроприемников за смену кВт.
где – номинальная мощность кВт.
При наличии электроприемников работающих в повторно – кратковременном режиме их номинальная мощность приводится к ПВ=100%:
где – паспортная мощность при заданном ПВ кВт.
Для определения расчетных нагрузок электроприемники разбиваются на группы подключаются к шинопроводам или распределительным пунктам (ШР РП). На основании формулы (5.1) рассчитывается максимальная активная мощность в узлах и по цеху в целом.
Реактивная мощность в узлах и по цеху в целом:
где tg – средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности группы электроприемников [3].
где cosi – средневзвешенное значение коэффициента мощности группы электроприемников [3].
Полная расчетная мощность группы электроприемников:
Расчетный ток группы электроприемников:
Произведем расчет электрической нагрузки для седьмой группы электроприемников. Воспользовавшись формулами (5.1) – (5.10) найдем расчетную нагрузку для данной группы электроприемников.
Произведем аналогичный вычисления для остальных групп электроприемников. Результаты сведем в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 – Определение расчетной нагрузки цеха
Установленная мощность кВт
Число электроприемников
2 Расчет электрической нагрузки освещения
Расчет электрических осветительных нагрузок цеха рекомендуется выполнять по методу удельных мощностей. Расчетная нагрузка осветительных приемников в системе общего равномерного освещения:
где – удельная мощность на единицу производственной площади кВтм2;
F – площадь производственного помещения м2.
При выборе величины необходимо предварительно выбрать тип светильника определить нормируемое значение освещенности рабочих мест [3].
Реактивная мощность осветительных электроприемников определяется по формуле (5.7).
За расчетную нагрузку по цеху принимается суммарная нагрузка в ко-
торую входят нагрузки трехфазных электроприемников и освещения:
Для механического участка нормируемое значение освещенности рабочего места согласно СНиП 23-0595 составляет В качестве светильников примем промышленные светильники ЛСП 18-40.
Удельная плотность нагрузки электроосвещения в производственных цехах зависит от уровня нормированной освещенности и может составлять в производственных помещениях 10 – 100 Втм2. В механических цехах удельная плотность составляет 15 –20 Втм2 [10]. Принимаем .
По формуле (5.11) нагрузка осветительных приемников:
По формуле (5.7) реактивная мощность осветительных электроприемников:
По формуле (5.12) расчетная нагрузка по цеху:
Итого по цеху с учетомосветительной нагрузки
Расчет мощности компенсирующих устройств
Большинство электроприемников установленных на производстве потребляет через сеть реактивную мощность. Ее передача из сети вызывает повышение потерь активной мощности электроэнергии и напряжение сети. Для уменьшения этих потерь и увеличения пропускной способности линии и трансформаторов в сетях предусматривается установка компенсирующих устройств (КУ). Как правило оптимальное значение коэффициента мощности на предприятии принимается равным а дальнейшее его повышение до единицы может привести к увеличению срока окупаемости мероприятий по коррекции.
Рассчитаем фактический коэффициент мощности
результирующая активная мощность всего отделения кВт;
полная результирующая мощность всего отделения кВА
Рассчитаем необходимую реактивную мощность компенсирующего устройства
фактический коэффициент реактивной мощности
оптимальный коэффициент реактивной мощности
В соответствии с расчетом необходимо скомпенсировать квар реактивной мощности. Основные технические данные конденсаторной уста-
новки сведем в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Основные технические данные конденсаторной установки
Номинальное напряжение В
Номинальная мощность квар
Возможность регулирования мощности
Конденсаторная установка
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов места расположения и типа цеховой подстанции
Цеховая трансформаторная подстанция установленная в цеху служит для приема электрической энергии на напряжении 10кВ понижения напряжения до 038кВ и распределения электроэнергии между потребителями энергии и электроприемниками. Все цеховые трансформаторные подстанции от конструкции и степени защиты от окружающей среды делят на стационарные монтируемые на месте строительства и комплектные которые полностью изготавливаются на заводах и крупными блоками монтируются на промышленных предприятиях. В механическом отделении будет устанавливаться комплектная трансформаторная подстанция так как она обеспечивает большую надежность и сокращает сроки строительства.
По возможности трансформаторную подстанцию необходимо устанавливать как можно ближе к электроприемникам большой мощности и устанавливать ее в здании цеха (встроенная подстанция). Такое расположение позволяет сократить протяженность проводников большого сечения и снизить падение напряжения. Внутрицеховые трансформаторные подстанции стремятся расположить между колоннами в мертвой зоне обслуживания подъемных кранов под антресолями чтобы максимально использовать полезную площадь цеха под производственные нужды.
Место выбранное в цеху для установки комплектной трансформаторной подстанции учитывает все вышеописанные требования. Так же выбранное место занимает минимум полезной площади цеха а так же удовлетворяет требованиям пожарной и электрической безопасности и не создает помех производственным процессам.
Цеховые подстанции могут быть однотрансформаторными и двухтрансформаторными. Выбор числа трансформаторов на ТП зависит от требуемой степени надежности электроснабжения. Данное производство
относится к III категории по надежности электроснабжения потому что
остановка оборудования не приведет к его выходу из строя. Рекомендуется широкое применение однотрансформаторных подстанций для питания электроприемников III и даже II категории.
Согласно установленным нормам при преобладании нагрузок II категории и наличии складского резерва трансформаторов а также при нагрузках III категории рекомендуется применять коэффициент загрузки
Мощность трансформатора определяется расчетной нагрузкой отделения с учетом компенсации реактивной мощности на стороне 038кВ.
Определим необходимую мощность трансформатора кВА
полная мощность отделения кВА;
количество трансформаторов шт; ;
коэффициент загрузки; .
Исходя из расчета для электроремонтного отделения примем трансформатор ТМ-125010. Параметры выбранного трансформатора сведем в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 – Основные технические данные трансформатора ТМ-125010
Схема соединения обмоток
Расчет распределительной электрической сети
В данном разделе будет произведен расчет и выбор электрических проводников и кабелей для каждого станка по допустимому нагреву а также для силовых пунктов. Также выбранные сечения должны согласовываться с токами защитных аппаратов. Сечение по допустимому нагреву выбираются по условию
длительно допустимый ток для выбранного сечения А;
поправочный коэффициент учитывающий фактическую температуру окружающей среды; ;
поправочный коэффициент учитывающий количество совместно проложенных линий; ;
длительно протекающий максимальный расчетный ток нагрузки А.
Определим расчетный ток для универсального металлорежущего станка А
установленная мощность
коэффициент мощности
коэффициент полезного действия i-го электроприемника.
В соответствии условием 8.1 выберем провод марки ВВГ 4х15 с допустимой нагрузкой 19 А
Для подключения универсального металлорежущего станка установленной мощность 1кВт выбираем провод ВВГ 4х15.
Выбор сечения кабелей на напряжение напряжением выше 1000В производится по экономической плотности тока
расчетный ток кабельной линии А;
экономическая плотность тока;
Определим расчетный ток питающей кабельной линии
полная расчетная мощность всего предприятия кВА;
напряжение питающей кабельной линии кВ;
По формуле 8.3 определим сечение кабельной линии
Для питания производства выберем кабель ААБл 4х16.
Дальнейший выбор сечений питающих проводников сведем в
Таблица 8.1 – Параметры распределительной сети
Продолжение таблицы 8.1
Компенсирующее устройство
Защита электрооборудования автоматика и измерения в системе электроснабжения
В системе электроснабжения производства могут возникать режимы характеризующиеся электрическими тепловыми и механическими нагрузками значительно превышающие нагрузку при нормальном режиме работы. Для защиты установленного электрооборудования и питающих проводников в цеху будут установлены автоматические выключатели.
Для выбора автоматического выключателя необходимо определить пусковой ток электроприемника А
длительно протекающий максимальный расчетный ток
кратность пускового тока по отношению к номинальному.
Дальнейшие вычисления сведем в таблицу 9.1.
Таблица 9.1 – Пусковые токи электроприемников
Наименование оборудования
Продолжение таблицы 9.1
Автоматический выключатель для электроприемника выбирается по условию
номинальный ток автоматического выключателя А;
номинальный ток теплового расцепителя А;
ток срабатывания электромагнитного расцепителя А;
пиковый ток электрооборудования А.
Определим ток срабатывания электромагнитно расцепителя А
коэффициент кратности тока отсечки;
номинальный ток теплового расцепителя А.
Используя условие 9.2 и формулу 9.3 произведем выбор автоматического выключателя металлорежущего станка (1 кВт)
Исходя из этих условий выберем автоматический выключатель
Найдем пиковый тока группы электроприемников А
– максимальный пусковой ток электроприемника в группе А;
– расчетный ток группы электроприемников А;
– номинальный ток электроприемника с максимальным пусковым током в группе А;
– коэффициент использования электроприемника с максимальным пусковым током в группе.
В соответствии с условием 9.2 и формулой 9.3 произведем выбор автоматического выключателя для СП1
Для соблюдения селективности защиты номинал выбранных автоматических выключателей устанавливаемых в ячейку КТП должен на одну ступень превышать номинал тока расцепителя следующего за ним выключателя.
Для возможности включения и отключения КТП на высокой стороне установим выключатель нагрузки с пружинным приводом ВНП-10400.
Для защиты высоковольтной кабельной линии ААБл 4х16
установим плавкий предохранитель ПКТ 103-10-250А.
Выбираемтрансформатортока ТШЛ-10-30005 с номинальным током первичной обмотки и амперметр Э4365 30005 с номинальным током Iн = 3000 А [5]. По низшему напряжению КТП Uнн = 380 В выбираем вольтметр Э365-1 [5].
Дальнейший выбор автоматических выключателей сведем в таблицу 9.2.
Таблица 9.2 – Выбор защитных аппаратов
Наименование электрооборудования
Расчетный ток нагрузки А
Пиковый ток нагрузки А
ном. ток ВА или патрона предохр.А
ном. ток. расцепителя или плавкой втсавки А
Продолжение таблицы 9.2
Карусельные станки с ЧПУ(105кВт)
Карусельные станки с ЧПУ(125кВт)
Карусельные станки с ЧПУ(150кВт)
Универсальные станки с ЧПУ(55кВт)
Универсальные станки с ЧПУ(70кВт)
Универсальные станки с ЧПУ(85кВт)
Расчет защитного заземления
Для горизонтального и вертикального заземления расчет проводится по формулам:
расчетное удельное сопротивление земли для вертикальных заземлителей;
расчетное удельное сопротивление земли для горизонтальных заземлителей;
коэффициент сезонности учитывающий промерзания и просыхания грунта для вертикальных заземлителей;
коэффициент сезонности учитывающий промерзания и просыхания грунта для горизонтальных заземлителей;
удельное сопротивление грунта при нормальной влажности.
Сопротивление горизонтальных заземлителей (соединительной полосы контура):
где L – длина полосы м;
t – глубина заложения м;
b – ширина полосы м.
Сопротивление горизонтальной полосы в контуре с учетом коэффициента использования соединительной полосы в контуре из 10 вертикальных электродов:
где – коэффициент использования горизонтальных заземлителей. При сопротивлении в 10 Ом [2].
где – сопротивление заземляющего устройства нейтрали. =4 Ом [2].
Определяем сопротивление одного вертикального заземлителя (стальные прутковые стержни длинной 5м и диаметром 12 мм):
d – диаметр стержня м;
t – глубина заложения равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя м.
Необходимое количество вертикальных заземлителей с учетом коэффициента использования вертикальных заземлителей размещенных по контуру:
где – коэффициент использования вертикальных заземлителей. При сопротивлении в 10 Ом [2].
Для контура принимаем 20 стержней.
В курсовом проекте разработана система электроснабжения механического участка цеха. В первом пункте была дана характеристика производственного помещения технологического процесса и всех видов оборудования исходя из чего напряжением цеховой питающей сети было принято напряжение 380220В и выбрана радиальная схема электроснабжения.
Был произведен расчет электрических нагрузок участка. Расчет оказал что полная мощность нагрузки цеха составляет 1077 кВА. Активная мощность составила 932429 кВт а реактивная 514422 квар. Осветительная нагрузка составила 96 кВт.
Для компенсации реактивной мощности выбрана одна компенсаторные установки АКУ04-225-25УЗ. В качестве головного понижающего трансформатора цеховой ТП выбран трансформатор ТМ-125010 номинальной мощностью 1250 кВА. В качестве проводников были выбраны кабели марки ВВГ.
В десятом пункте был произведен расчет заземляющего устройства а также принята система заземления TN-S.
В графической части на формате А1 проекта выполнены чертежи плана цеха с расположением технологического оборудования и силовой сетью.
Список использованных источников
Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения -М. Энергоатомиздат 1990. –576с.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ).– М.: НЦ ЭНАС 2003.
Радкевич В.Н. Расчет электрических нагрузок промышленных предприятий: учебно-методическое пособие В.Н. Радкевич В.Б. Козловская И.В. Колосова – Минск: БНТУ 2013. – 124 с.
Козловская В.Б. Электрическое освещение: справочник В.Б. Козловская В.Н. Радкевич В.Н. Сацукевич. – 2-е изд. – Минск: Техноперспектива 2008. – 271 с.
Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий Б. И. Кудрин. – М.: «Интермет Инжиниринг» 2005.
Сумарокова Л.П. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие Л.П. Сумарокова. – изд – Томск: Томский политехнический университет 2012 – 288 с.