Что входит в электроснабжение цеха
Перейти к содержимому

Что входит в электроснабжение цеха

  • автор:

 

3. Схема электроснабжения цеха (предприятия)

Выбор схемы электроснабжения неразрывно связан с вопросом напряжения, мощности, категории ЭП по надежности, удаленности ЭП [4, 12].

Категории электроприемников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации [I5].

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории.

Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т. п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприемников первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1-х суток.

Вопрос выбора схемы электроснабжения, уровня напряжения решается на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Для питания промышленные, предприятий применяют электросети напряжением 6, 10, 35, 110 и 220 кВ.

В питающих и распределительных сетях средних предприятий принимается напряжение 6–10 кВ. Напряжение 380/220 В является основным в электроустановках до I000 В. Внедрение напряжения 660 В экономически эффективно и рекомендуется применять в первую очередь для вновь строящихся промышленных объектов [12].

Напряжение 42 В (36 и 24) применяется в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, для стационарного местного освещения и ручных переносных ламп.

Напряжение 12 В применяется только при особо неблагоприятных условиях в отношении опасности поражения электрическим током, например, при работе в котлах или других металлических резервуарах с использованием ручных переносных светильников.

Применяются две основные схемы распределения электроэнергии – радиальная и магистральная в зависимости от числа и взаимного расположения цеховых подстанций или других ЭП по отношению к питающему их пункту.

Обе схемы обеспечивают требуемую надежность электроснабжения ЭП любой категории.

Радиальные схемы распределения применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки рассредоточены от центра питания. Одноступенчатые радиальные схемы применяются для питания крупных сосредоточенных нагрузок (насосные, компрессорные, преобразовательные агрегаты, электропечи и т. п.) непосредственно от центра питания, а также для питания цеховых подстанций. Двухступенчатые радиальные схемы используют для питания небольших цеховых подстанций и электроприемников ВН с целью разгрузки основных энергетических центров (рис. З.1). На промежуточных распредпунктах устанавливается вся коммутационная аппаратура. Следует избегать применения многоступенчатых схем для внутрицехового электроснабжения.

Рис. 3.1. Фрагмент радиальной схемы распределения электроэнергии

Распределительные пункты и подстанции с электроприемниками I и II категорий питаются, как правило, по двум радиальным линиям, которые работают раздельно, каждая на свою секцию, при отключении одной из них нагрузка автоматически воспринимается другой секцией.

Магистральные схемы распределения электроэнергии следует применять при распределенных нагрузках, когда потребителей много и радиальные схемы экономически нецелесообразны. Основные преимущества: позволяют лучше загрузить при нормальном режиме кабели, сэкономить число шкафов на распределительном пункте, сократить длину магистрали. К недостаткам магистральных схем относятся: усложнение схем коммутации, одновременное отключение ЭП нескольких производственных участков или цехов, питающихся от данной магистрали при ее повреждении. Для питания ВП I и II категорий должны применяться схемы с двумя и более параллельными сквозными магистралями (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема с двойными сквозными магистралями

Питание ЭП в сетях напряжением до 1000 В II и III категорий по надежности электроснабжения рекомендуется осуществлять от однотрансформаторных комплектных трансформаторных подстанций (КТП).

Выбор двухтрансформаторных КТП должен быть обоснован. Наиболее целесообразны и экономичны для внутрицехового электроснабжения в сетях до 1 кВ магистральные схемы блоков трансформатор–магистраль без распределительных устройств на подстанции с применением комплектных шинопроводов.

Радиальные схемы внутрицеховых питающих сетей применяют, когда невозможно выполнение магистральных схем по условиям территориального размещения электрических нагрузок, а также по условиям среды.

Для электроснабжения цеховых потребителей в практике проектирования редко применяют радиальные или магистральные схемы в чистом виде. Наибольшее распространение находят так называемые смешанные схемы электрических сетей, сочетающие в себе элементы как радиальных, так и магистральных схем.

Рабочее освещение рекомендуется питать по самостоятельным линиям от распределительных устройств подстанций, щитов, шкафов, распределительных пунктов, магистральных и распределительных шинопроводов.

Схемы электроснабжения и все электроустановки переменного и постоянного тока предприятия напряжением до 1 кВ и выше должны удовлетворять общим требования к их заземлению и защите людей и животных от поражения электрическим током как в нормальном режиме работы электроустановки, так и при повреждении изоляции [15].

Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяются на:

– электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью [15];

– электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью;

– электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью;

– электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.

Для электроустановок напряжением до 1 кВ приняты следующие обозначения: система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухозаземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников (см. рис. 3.3–3.7).

Рис. 3.3. Система TN-C – система TN, в которой нулевой защитный

и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике

на всем ее протяжении

Первая буква – состояние нейтрали источника питания относительно земли:

T – заземленная нейтраль;

I – изолированная нейтраль.

Вторая буква – состояние открытых проводящих частей относительно земли:

T – открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;

N – открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Последующие (после N) буквы – совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

S – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники разделены;

C – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник);

N – нулевой рабочий (нейтральный) проводник;

PE – защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);

PEN – совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник.

Рис. 3.4. Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный

и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении

Рис. 3.5. Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого

защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном

проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания

Рис. 3.6. Система TT – система, в которой нейтраль источника питания

глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки

заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически

независимого от глухозаземленной нейтрали источника

Рис. 3.7. Система IT–система, в которой нейтраль источника питания

изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства,

имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части

Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N) – проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока.

Совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий (PEN) проводник — проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.

Для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:

– основная изоляция токоведущих частей;

– ограждения и оболочки;

– размещение вне зоны досягаемости;

– применение сверхнизкого (малого) напряжения.

Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ при наличии требований других глав ПУЭ следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА.

Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

– автоматическое отключение питания;

– двойная или усиленная изоляция;

– сверхнизкое (малое) напряжение;

– защитное электрическое разделение цепей;

– изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.

Питание электроустановок напряжением до 1 кВ переменного тока от источника с изолированной нейтралью с применением системы IT следует выполнять, как правило, при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на открытые проводящие части, связанные с системой уравнивания потенциалов. В таких электроустановках для защиты при косвенном прикосновении при первом замыкании на землю должно быть выполнено защитное заземление в сочетании с контролем изоляции сети или применены УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА. При двойном замыкании на землю должно быть выполнено автоматическое отключение питания в соответствии с ПУЭ.

Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система TT), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО.

При этом должно быть соблюдено условие:

где Ia – ток срабатывания защитного устройства;

Ra – суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника наиболее удаленного электроприемника, при применении УЗО для защиты нескольких электроприемников.

При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление PE- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления, в первую очередь, следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью для защиты от поражения электрическим током должно быть выполнено защитное заземление открытых проводящих частей.

В прил. 3 приведены схемы электроснабжения отдельных зданий, а в прил. 4 – графические и буквенные обозначения в электрических схемах.

Промышленные системы электроснабжения

высоковольтная линия

Система электроснабжения (СЭС) объединяет источники, системы преобразования, передачи, распределения электроэнергии. Приемники электроэнергии (потребители) не включаются в СЭС. Системы электроснабжения промышленных предприятий основываются на электроустановках, которые нужны для обеспечения потребителей электрической энергией. Потребителем может быть электроприемник или другой агрегат, который преобразовывает электрическую энергию в иной вид энергии. Также этих механизмов может иметься несколько. В таком случае их объединяют в одну технологическую группу и размещают на отдельном пространстве.

Электроснабжение промышленных предприятий строится на основе питающих, распределительных, трансформаторных, преобразовательных подстанций, а также на связывающих их кабельных, воздушных сетей, токопроводов (низкого и высокого напряжения). Проектирование электроснабжения промышленных предприятий должно происходить с учетом важнейших требований, определяющих:

  • надежность;
  • удобство;
  • безопасность;
  • обеспечение необходимого количества/качества энергии;
  • бесперебойность снабжения электрической энергии в обычном режиме и послеаварийном;
  • экономичность по затратам энергии, материалов и оборудования.

Соблюдать вышеперечисленные требования возможно при использовании взаимного резервирования путей предприятия и сплочения питания промышленных и коммунальных (а также сельских) потребителей. В момент сооружения на предприятии собственной электрической станции необходимо учесть близлежащие потребители энергии (внезаводские).

Приемники, обеспечивающие электроснабжение промышленных объектов

Так как электросети и подстанции являются элементами общей структуры предприятия, они должны координироваться с технологическими, строительными частями, а также с планом здания. К примеру, высокие требования к надежному и качественному электроснабжению предъявляются крупными предприятиями цветной и черной металлургии. Они отличаются высокими значениями суммарных установленных мощностей электрических приемников, которые могут достигать 1700-2000 МВт.

Электроприемники можно разделить на 3 категории:

1. Электроприемники, которые вследствие перерывов в электроснабжении могут проявить опасность для людей, нанести ущерб оборудованию, продукции и т. д. Такие приемники должны питаться от двух отдельных источников. Перерыв электроснабжения возможен только на период автоматического включения резерва. Примеры: котельные производственного пара, доменные цехи, приводы вагранок, ответственные насосные, разливочные краны и др.

2. Электроприемники, перерыв в работе которых связан с недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов, транспорта. Допустимы перерывы питания на время, которое необходимо для ручного включения резерва.

3. Прочие электроприемники, которым позволен перерыв электроснабжения на время ремонта (не более одних суток). Например, вспомогательные цеха, неответственные склады, цеха несерийного производства и др.

Для того чтобы правильно решать вопросы надежности, нужно точно установить режимы, которые возникают при аварии и после нее. Аварийный режим – временный режим, возникающий из-за нарушения приемлемой работы системы электроснабжения или ее отдельных элементов. Послеаварийный режим – режим после ликвидации аварии, который длится до полного восстановления нормальной работы.

Очевидно, что система электроснабжения должна строиться так, чтобы при послеаварийном режиме она смогла обеспечить функционирование главных производств промышленного предприятия (после необходимых пересоединений). При послеаварийном режиме допускаются перебои в подаче электроэнергии приемниками третьей и отчасти второй категорий на небольшое время.

Электроснабжение промышленных зданий. Напряжение

Напряжение, подходящее для того или иного предприятия, зависит от:

  • потребляемой мощности предприятием;
  • промежутком от предприятия до источника;
  • значения номинального напряжения, при котором может производиться питание.

Для крупных предприятий применяется напряжение в промежутке 6-220 кВ. В некоторых случаях напряжение может достигать 330-500 кВ.

Средние предприятия применяют напряжение 35 кВ. Для крупных предприятий такое напряжение является недостаточным. Напряжение 20 кВ также недостаточно для таких зданий, но у такого показателя есть преимущества. К примеру, для напряжения 20 кВт применяются более легкие, экономичные аппараты, чем для 35 кВт. Годовые расходы при использовании такого напряжения значительно уменьшаются. Но, как уже было сказано выше, напряжение 20 кВт не подойдет для большого промышленного предприятия.

На второй и следующих ступенях распределения электроэнергии на больших и средних заводах может применяться напряжение 10 (6) кВ. Что касается первой ступени, то на крупных предприятиях такое напряжение возможно при использовании токопроводов.

Напряжение 6 кВ может быть применено при напряжении генераторов собственной ТЭЦ, равняющемся 6кВ. Также такое напряжение допустимо при преимуществе электрических приемников на напряжение 6 кВ (электродвигатели).

Напряжение 3 кВ не применяется в качестве основного напряжения распределительной сети. Его использование может быть задействовано для действующих электрических установок до реконструкции.

Другие напряжения применяются:

  • для электроустановок до 1000 В – напряжение 380-220 В;
  • на реконструируемых промышленных предприятиях – напряжение 220-127 В (довольно редко);
  • в помещении с высокой опасностью – 36 В;
  • для питания переносных ламп – напряжение до 12 В;
  • на химических, нефтехимических промышленных предприятиях – 660 В (довольно редко).

Схемы электроснабжения промышленных предприятий

Самая надежная, экономичная система электроснабжения – та, при которой источники наивысшего напряжения приближены к потребителям максимально, а прием электрической энергии распределяется по всем пунктам. При строительстве системы все ее элементы формируются под нагрузкой. При этом, «холодный» резерв не применяется. Таким образом, потери электрической энергии снижаются, а надежность – возрастает. Почему это происходит? Резервные элементы, которые продолжительное время находились в бездействии, могут при включении не заработать из-за неисправного состояния. Для того чтобы избежать последствий данной ситуации, в схеме предусматривается «скрытый» резерв, который в послеаварийном состоянии сможет взять на себя основную нагрузку нерабочего элемента.

Возобновление питания потребителей происходит автоматически на переменном оперативном токе. В этом случае производится автоматическое отключение неисправных потребителей на послеаварийный период. Кстати, зачастую с успехом используется раздельная работа элементов. В таком случае ток короткого замыкания понижается и коммутация упрощается.

Автоматика обеспечивает надежность электроснабжения в раздельной работе. Качество питания получается не хуже, чем при параллельной работе. Применяется секционирование всех элементов со схемами АВР (автоматическое включение резерва). Такой метод способствует увеличению надежности электроснабжения. К сожалению, не во всех случаях раздельная работа с АВР показывает необходимый результат. Добиться быстрого восстановления системы удается не всегда.

Схемы электрического снабжения формируются по ступеням, которые обозначают мощность предприятия и расположение электрических нагрузок. Чаще всего используются 2-3 ступени. Если их больше, то усложняются защита, эксплуатация, коммутация. Такие схемы применимы на периферийных участках, на отдельных трансформаторах.

Схемы с одной ступенью используются на малых и средних предприятиях, применяясь на:

  • магистральных, радиальных линиях глубоких проводов 110-220 кВ – мощность более 50 МВ-А;
  • магистральных, радиальных токопроводах 6-10 кВ – мощность более 15-80 МВ-А;
  • магистральных, радиальных кабельных сетях 6-10 кВ – мощность 15-20 МВ-А.

Схемы с более глубокими вводами, магистральными токопроводами требуют соблюдения некоторых моментов. Например, если есть возможность без труда реализовать принцип дробления подстанций и глубокие вводы 110 кВ, то нет нужды использовать токопроводы. В том случае, если расположение немалого числа подстанций 35-220 кВ, а прохождение воздушных линий глубоких вводов затруднено, то используются токопроводы. Исходя из этих подсчетов, можно принять окончательное решение построения схемы.

Электроснабжение промышленных предприятий и установок в неблагоприятных климатических условиях

Большинство предприятий имеют загрязненные области, которые возникают из-за образования вредных веществ. Они отрицательно влияют на токоведущие элементы электрических установок. Источники загрязнения – химические, ферросплавные производства, а также производства стали, магния и др. Такие загрязнения имеют пять степеней (первая степень – самая мощная).

Для загрязненных областей устанавливаются специальные нормативы для определения типа изоляции, подстанций, линий электропередач. Также рассчитываются минимальные промежутки от источников загрязнения. Расстояние зависит от класса производства. К примеру, для пятой степени – от пятидесяти метров, для первой – до 1500 метров.

Проблема загрязнения требует особого внимания и принятия необходимых мер.

Электроснабжение цеха

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ЦЕХА 8
2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 10
3 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЦЕХА 12
3.1 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ 12
3.2 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ 14
4 ВЫБОР МАРКИ И СЕЧЕНИЯ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ 17
5 ВЫБОР КОММУТАЦИОННОЙ И ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ 20
6 ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВОЙ ПОДСТАНЦИИ 24
7 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 26
8 РАСЧЕТ ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ 10 КВ 27
9 КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЦЕХОВОЙ СЕТИ 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
ЛИТЕРАТУРА 34

Работа содержит 1 файл

kursovik.DOC

Введение

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

В настоящее время большинство потребителей получает электроэнергию от энергосистем.

По мере развития электропотребления усложняются системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.

На пути от источника питания до электроприёмников на современных промышленных предприятиях электрическая энергия, как правило, трансформируется один или несколько раз. В зависимости от места расположения в схеме электроснабжения трансформаторные подстанции называют главными понизительными подстанциями или цеховыми трансформаторными подстанциями.

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

  • обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
  • быть удобными и безопасными в эксплуатации;
  • иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);
  • иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа

Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей

трёхфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Главной проблемой в ближайшем будущем явится создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий, которое связано со следующим:

  • выбором и применением рационального числа трансформаций (оптимальный вариант числа трансформаций – две-три);
  • выбором и применением рациональных напряжений (в системах электроснабжения промышленных предприятий даёт значительную экономию в потерях электроэнергии);
  • правильным выбором места размещения цеховых и главных распределительных (понизительных) подстанций (обеспечивает минимальные годовые приведённые затраты);
  • дальнейшим совершенствованием методики определения электрических нагрузок (способствует решению общей задачи оптимизации построения систем внутризаводского электроснабжения);
  • рациональным выбором числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения и их параметров, что ведёт к сокращению потерь электроэнергии и повышению надёжности;
  • принципиально новой постановкой для решения таких задач, как, например, симметрирование (выравнивание) электрических нагрузок.

1 Краткая характеристика электроприемников цеха

Большинство электроприёмников цеха относится к приёмникам трёхфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц (станки, печи, вентиляторы, кран). Сварочный трансформатор переменного тока представляет собой однофазную нагрузку и работает на промышленной частоте 50 Гц.

По режиму работы различают характерные группы приёмников:

1) приёмники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами данной группы приёмников являются электродвигатели вентиляторов, нагревательные печи, сушильные шкафы. Станки работают длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отклонениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

2) приёмники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причём превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приёмников являются электродвигатель крана, сварочные аппараты.

По требуемой степени бесперебойности питания электроприёмники относятся ко 2 и 3 категориям.

Наибольшее число приёмников составляют электродвигатели станков, мощность которых достаточно разнообразна. Напряжение сети 380 В с частотой

50 Гц. Коэффициент мощности высокий.

Электрические печи — электротермические установки, преобразующие электрическую энергию в тепловую. Питание печей осуществляется током промышленной частоты напряжением 380 В. Нагрузка постоянная или мало меняющаяся. Печи и сушильные шкафы мощностью 7,5 – 70 кВт относятся к потребителям малой и средней мощности.

Двигатели вентиляторов работают в продолжительном режиме работы. Нагрузка равномерная и симметричная по трём фазам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Питание производится током промышленной частоты. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьёзное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования.

Мостовой кран – подъёмно транспортное устройство, работающее в повторно-кратковременном режиме. Для этого устройства характерны частые толчки нагрузки.

 

Для преобразования трёхфазного переменного тока в однофазный служит преобразовательный агрегат. Перерыв в его питании не приводит к тяжёлым авариям с повреждением основного оборудования и может быть допущен на несколько минут.

Электросварочные установки переменного тока работают на промышленной частоте 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки. Сварочные трансформаторы характеризуются низким коэффициентом мощности и частыми перемещениями в питающей сети.

Окружающая среда в цехе нормальная, расположение приёмников в цехе стационарное, нагрузка неравномерная.

2 Выбор и обоснование схемы электроснабжения

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

    • обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
    • быть удобными и безопасными в эксплуатации;
    • иметь оптимальные технико-экономические показатели;
    • иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

    Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные.

    Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приёмников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоединений. Широко применяют магистральные схемы типа блока трансформатор-магистраль. В такой схеме отсутствует РУ низшего напряжения на цеховой подстанции, а магистраль подключается непосредственно к цеховому трансформатору через вводной автоматический выключатель. При двухтрансформаторной подстанции и схеме блока трансформатор-магистраль между магистралями для взаимного резервирования устанавливают перемычку с автоматическим выключателем.

    Распределительные магистрали предназначены для питания приёмников малой и средней мощности, равномерно распределённых вдоль линий магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630 А.

    Магистральные схемы обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменить технологическое оборудование без особых изменений электрической сети).

    Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приёмников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют для наиболее ответственных с точки зрения бесперебойности электроснабжения потребителей и в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы. Радиальные схемы обеспечивают высокую надёжность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы.

    Для цеха принимается схема с двумя распределительными магистралями, питающими приёмники малой и средней мощности, распределённые вдоль линий магистрали. Схема выполняется с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА, изготовленных в виде отдельных секций. Отдельные приёмники подключаются к ШРА через ответвительные коробки кабелем.

    Подключение электроприёмников к РП осуществляется проводом

    Магистральная схема по сравнению с радиальной имеет следующие преимущества и недостатки:

    а) надежность магистральной схемы ниже, чем радиальной, так как при повреждении магистрали все ее потребители выходят из строя;

    б) в магистральных сетях выше токи КЗ, но меньше потери напряжения и мощности;

    в) стоимость магистральных сетей обычно ниже стоимости радиальных за счет уменьшения количества используемой аппаратуры и меньшей стоимости монтажа.

    3 Расчёт электрических нагрузок цеха

    3.1 Расчет электрических нагрузок трехфазных электроприемников

    Расчёт электрических нагрузок цеха производится методом упорядоченных диаграмм с применением коэффициента расчётной нагрузки. Предварительно приводится номинальная мощность приёмников с повторно-кратковременным режимом работы к ПВ-100%. Это относится к сварочному оборудованию (преобразовательный агрегат, сварочный трансформатор), для них номинальная мощность рассчитывается по формуле:

    Рассматривается подробный расчет электрических нагрузок одного из узлов питания.

    Определяется расчетная нагрузка РП2.

    К нему присоединены электроприемники со следующими порядковыми номерами и параметрами.

    Таблица 1 — Характеристики электроприемников

    n Номинальная

    мощность электроприемников, кВт

    Значения коэффициента использования Ки берется из /1,41/.

    Дальнейшие расчеты сводятся в таблицу 2. Рассматривается заполнение отдельных ее граф.

    Группируются электроприемники с одинаковыми коэффициентом использования и cosφ и полученные группы заносятся в графу 1 таблицы 2.

    В графу 2 таблицы записывается количество электроприемников для групп и узла питания.

    В графу 3 для групп приемников и узла питания заносятся номинальные максимальные и минимальные мощности электроприемников.

    В графу 4 для групп приемников и узла питания заносятся суммарная номинальная мощность.

    В графу 5 записывается модуль сборки m для узла питания. Модуль сборки определяется по формуле:

    Электроснабжение цеха

    Расчет силовой нагрузки, его основные этапы и предъявляемые требования. Определение показателей осветительной нагрузки, обоснование подбора необходимых приборов. Выбор трансформаторов и вычисление их числа. Структура, компоненты системы электроснабжения.

    Рубрика Физика и энергетика
    Вид курсовая работа
    Язык русский
    Дата добавления 03.12.2014
    Размер файла 1,2 M

    Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

    Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

    Размещено на http://www.allbest.ru/

    Размещено на http://www.allbest.ru/

    Введение

    Не одно промышленное предприятие в мире в настоящее время не обходится без потребления электрической энергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий при этом могут быть самыми разнообразным, от простейших без трансформации напряжения, до сложнейших многоуровневых с суммарной длиной кабельных линий до нескольких сотен километров.

    Поэтому очень остро для систем электроснабжения промышленных предприятий стоят вопросы оптимизации потерь мощности и электроэнергии, надежности электроснабжения и качества электрической энергии. Данные вопросы целесообразно решать на стадии проектирования систем электроснабжения.

    В настоящее время при разработке систем электроснабжения промышленных предприятий стараются максимально приблизить источники высокого напряжения 35-220 кВ и электроустановкам потребителей с ПГВ, размещаемые рядом с энергоемкими производственными корпусами; резервирование питания для отдельных категорий потребителей закладываются в схему СЭС и в самих элементах.

    Целью данной работы является создание оптимальной схемы низковольтного электроснабжения сварочного участка цеха.

    Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: рассчитать электрические нагрузки; разработать оптимальные схемы низковольтного электроснабжения цеха; выбрать электрооборудование в том числе: силовые трансформаторы, компенсирующие устройства, проводники, коммутационную аппаратуру.

    Для иллюстрации принятых решений выполнить два чертежа на листах формата А1.

    Исходными данными на проект служат:

    1. План расположения оборудования цеха.

    2. Мощности электроприемников цеха.

    1. Расчет силовой нагрузки

    Расчет силовой нагрузки производится в два этапа. На первом этапе рассчитывается суммарная нагрузка цеха для выбора трансформаторов цеховой КТП. На втором этапе определяются нагрузки по группам подключения электроприемников, перечень которых дан в таблице 1.1.

    Таблица 1.1. Перечень электроприемников

    Количество ЭП, шт.

    Токарные станки импульсной наплавки

    Мощности кранов с повторно — кратковременным режимом работы необходимо привести к длительному режиму по формуле:

    Здесь Pном — Приведенная к длительному режиму мощность;

    Sn — паспортная мощность;

    ПВ — продолжительность включения, о.е.

    Расчет суммарной цеховой нагрузки выполнен в таблице 1.2 в следующем порядке.

    Для каждой группы одинаковых электроприемников (ЭП) определены значения коэффициента использования Киi и коэффициента мощности tgцi по [1, табл. 1.5.1].

    Средние активные Pcpi и реактивные мощности Qcpi каждой группы одинаковых электроприемников рассчитаны по формулам:

    Где Pномi — номинальная мощность одного электроприемника в i-ой группе, кВт.

    Средневзвешенные коэффициенты Киср и tgцcp по цеху в целом определялись по формулам:

    Здесь Pном ? — суммарная номинальная мощность электроприемников всех электроприемников цеха, кВт.

    Эффективное число электроприемников находится по формуле:

    Где Рном max — наибольшая номинальная мощность одного электроприемника цеха.

    Коэффициент расчетной нагрузки Kp определяется по [2, табл. 2] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников

    Расчетная активная и реактивная нагрузка цеха в целом:

    Таблица 1.2. Расчет электрических нагрузок для трансформаторов КТП

    Средняя мощность группы ЭП

    По справочным данным

    Номинальная мощность, кВт

    Токарные станки импульсной наплавки

    2. Расчет осветительной нагрузки

    Кроме силовой нагрузки в цехе имеется осветительная нагрузка, расчетная величина которой определяется по формуле (2.1)

    Где: Руст — Установочная мощность ламп;

    Кс — коэффициент спроса;

    КПРА — Коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре.

    Для определения установочной мощности ламп необходимо найти их количество, которое зависит от размещения светильников в цехе.

    Размещение светильников в плане и в разрезе цеха определяется следующими размерами:

    Н=8 м, Нв=4 м — заданными высотами цеха и вспомогательных помещений;

    hc= 2 м — расстоянием светильника от перекрытия;

    hп= Н — hc — высотой светильника над полом;

    hp = 1 м — высотой расчетной поверхности над полом;

    h = hп — hp — расчетной высотой;

    L — расстояние между соседними светильниками или рядами ламп;

    I — расстояние от крайних светильников до стены.

    Основное требование при выборе расположения светильников заключается в доступности их при обслуживании. Кроме того, размещение светильников определяется условием экономичности. Важное значение имеет отношение расстояния между светильниками или рядами светильников к расчетной высоте л=L / h, уменьшение его приводит к удорожанию осветительной установки и усложнению ее обслуживании, а чрезмерное увеличение приводит к резкой неравномерности освещения и к возрастанию расходов энергии.

    При лучшем освещении легче обнаруживаются недостатки, допускаемые при обработке деталей и, следовательно, улучшается качество продукции. В свою очередь, недостаточное или нерациональное освещение могут стать причиной повышения травматизма, так как при недостаточной освещенности затрудняется различение опасных частей станков.

    Существуют два вида освещения: естественное и искусственное.

    Роль естественного освещения в обеспечении благоприятных условий труда на производстве очень велика. За счет дневного света в помещениях можно добиться высокого уровня освещенности на рабочих местах; естественный свет наиболее привычен для глаза человека.

    Для искусственного освещения в настоящее время используют несколько видов источников света. Основными из них являются лампы накаливания, люминесцентные лампы, специальные лампы с повышенной световой отдачей — ртутные высокого и сверхвысокого давления.

    Для освещения сварочного участка цеха предварительно выбираем светильники РСП 05-700-001с ртутно-кварцевыми лампами с исправленной цветностью типа ДРЛ. Для выбранного светильника РСП 05-700-001, имеющего глубокую кривую силы свечения по [3, с. 260, таблица 10.4] принимаем л=1. Для освещения вспомогательных помещений выбраны светильники ЛПО 12-2х40-904 с люминесцентными лампами ЛБ, для которых л=0,9.

    Находим значение расчетной высоты h для цеха и вспомогательных помещений по формуле:

    Следовательно, расстояние между рядами светильников в цехе и во вспомогательных помещениях:

    В соответствии с полученными значениями L выполнено размещение светильников в сварочном участке цеха которое показано на рисунке 2.1.

    Для определения мощности ламп методом коэффициента использования рассчитывается световой поток каждого светильника, необходимый для получения нормы освещённости:

    Где Ф — световой поток одного светильника, лм;

    Ен — нормированная минимальная освещенность, лк;

    Кзап = 1,5 — коэффициент запаса;

    S — площадь помещения, m 2 ;

    z = 1,15 — коэффициент неравномерности для ламп ДРЛ;

    ? — коэффициент использования светового потока, о.е.;

    N — число светильников.

    Для остальных помещений по формуле (2.4) при подстановки в неё вместо числа светильников N числа рядов n люминесцентных ламп рассчитывается световой поток ламп одного ряда.

    Норма освещенности для станочного отделения цеха — ЕН.i =300 лк [4, c. 94-100.]

    Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i:

    Здесь А — длина помещения, m;

    В-ширина помещения, m.

    Индекс помещения для механического отделения цеха согласно плану:

    Кроме индекса помещения, для нахождения коэффициента использования светового потока необходимо знать коэффициенты отражения потолка, стен и рабочей поверхности. Для чистого бетонного потолка, бетонных стен с окнами и темной расчетной поверхностью: рп= 70%, рс=50%, рр=30% [4, табл. 5-1].

    По [4, табл. 5-9] определили коэффициент использования светового потока для половины механического отделения — ?= 90%.

    В соответствии с планом размещения светильников (рис. 1.1.) определяем требуемый световой поток для половины механического отделения

    По [4, табл. 2,15] выбираем лампы ДРЛ 400, имеющие мощность ламп Рном = 400 Вт и световой поток Фном =23500 лм. Световой поток выбранных ламп отличается от расчетного значения на 2,2%, что допустимо [3, с. 261].

    Индекс помещений для сварочного поста-1:

    Требуемый световой поток для двух рядов светильников в сварочном посту-1:

    Выбираем лампы ЛБ40-1, имеющие мощность Pном =40 Вт и световой поток Фном = 3000 лм.

    Определяем число светильников N в одном ряду:

    Здесь 2 — число ламп в одном светильнике ЛПО12-2х40-904:

    Суммарная длина N светильников ЛПО12-2х40-904

    Здесь L1 = 1,54m — длина одного светильника ЛПО12-2х40-904 [4, табл. 3-9].

    Аналогичным образом рассчитано число светильников и их суммарная длина для остальных помещений, расчет показан в таблице 2.1. При этом для всех остальных помещений выбраны светильники ЛПО12-2х40-904 с лампами ЛБ40-1

    Общее число светильников ЛПО12-2х40-904 в цехе:

    Таблица 2.1. Расчет числа светильников для помещений цеха

    Отделение импульсной наплавки

    Общее число ламп ЛБ-40 в цехе: Nл=108

    Установленная мощность ламп:

    Руст= 36·400+108·40=14400+4320=18720 Вт.

    По [3, с 271] определили значение коэффициентов спроса и учета потерь мощности в пускорегулирующей аппаратуре для люминесцентных ламп и ламп ДРЛ: Кс=0,95; КПРА Л = 1,2; КПРА Д = 1,1. Следовательно, осветительная нагрузка цеха:

    Таким образом, полная нагрузка цеха, с учетом осветительной нагрузки составляет:

    3. Выбор трансформаторов

    Принимаем, что на рассматриваемом объекте имеется складской резерв трансформаторов, тогда с учетом того что потребители цеха имеют только 2 и 3 категории по надежности электроснабжения, принимаем что подстанция выполняется однотрансформаторной [3, с. 106].

    Расчетную мощность трансформатора определяем по формуле [3, с. 106]

    здесь Кз = 0,9 — рекомендуемый коэффициент загрузки для однотрансформаторной ТП [3, с. 103].

    Выбираем трансформатор ТМ-630/10

    Определяем реактивную мощность, которую целесообразно передавать через силовой трансформатор из сети 10 кВ в сеть 0,4 кВ [3, с. 106]:

    Находим мощность низковольтных компенсирующих установок (НКУ) [3.с. 106]:

    Мощность НКУ, необходимых для сведения потерь электроэнергии в распределительной сети к минимуму:

    Расчетный коэффициент г зависит от схемы питания цеховой подстанции и расчетных параметров Кр1 и К р2, которые определяются по [3, с. 108-109, таблицы 4.6и4.7]: Кр1=9 Кр2 =2 (при длине питающей линии 50 м). Принимаем, что цеховая ТП получает питание по радиальной схеме, тогда по [3, c. 108-109, рисунок 4.86] найдено, что г =0,42, следовательно:

    электроснабжение трансформатор осветительный

    4. Выбор системы электроснабжения

    Разработка системы электроснабжения

    Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

    — обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

    — быть удобные и безопасные в эксплуатации;

    — иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат);

    — иметь конструктивное исполнение, обеспечивающие применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

    Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные. Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приемников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоединений. Рекомендуется применять магистральные схемы с числом отходящих от ТП магистралей, не превышающим числа силовых трансформаторов.

    Распределительные магистрали предназначены для питания приемников малой и средней мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ низшего напряжения цеховой подстанции.

    Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если тому не препятствуют территориальные расположения нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.

    Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха.

    Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляют самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется использовать как наиболее дешевые силовые пункты с предохранителями (типов СП, СПУ, ШРСУЗ). Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы.

    Рис. 4.1. Схема электроснабжения цеха

    Расчет электрических нагрузок

    Для данного проекта выбрана радиальная схема электроснабжения, расчет которой выполняется по алгоритму, показанному в главе 1 данного проекта. Разница заключается в том, что электроприемники распределяются по подключениям, для каждого из которых расчетная нагрузка определяется по отдельности. При этом коэффициенты расчетной нагрузки находятся по [2, табл. 1] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников для данного подключения Кр=f(Ки.ср, nэ). Расчет выполнен в таблице 4.1.

    Таблица 4.1. Расчет электрических нагрузок низковольтной сети по группам подключения

     

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *