Электроснабжение цеха металлорежущих станков

Из всех видов энергий в настоящее время наиболее широко применяется электроэнергия. Широкое применение электрической энергии объясняется её ценными свойствами, возможностью эффективного преобразования в другие виды энергии (тепловую, химическую, механическую). Электроэнергию получают на станциях с помощью генераторов. Затем электрическая энергия передаётся через линии электропередачи на распределительные устройства и понизительные подстанции, где трансформируется и распределяется по потребителям, в которых и используются устройства, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии.

В настоящее время в Республике Беларусь преобладают традиционные виды электроэнергии, такие как теплоэлектроцентраль, теплоэлектростанция, гидроэлектростанция. Перспективой для республики могло бы послужить сооружение надёжных атомных электростанций и станций с использованием магнитодинамических генераторов, а так же модернизация подстанций, линий электропередачи (ЛЭП), и повсеместная установка компенсирующих устройств.

Практически на всех крупных машиностроительных предприятиях имеется своя понизительная подстанция, которая осуществляет электроснабжение сети комплектных трансформаторных подстанций (КТП) предприятий. В свою очередь КТП трансформируют электроэнергию до необходимого напряжения, которым питается силовое и осветительное оборудование цехов. Наиболее крупными потребителями электроэнергии на предприятиях, являются механические цеха, где установлено мощное силовое оборудование, поэтому для этих цехов необходимо точное проектирование схем электроснабжения и учёт электрической энергии.

Задачей курсового проекта является проектирование электроснабжения цеха металлорежущих станков.

Приобретённые навыки в проектировании сетей электроснабжения цехов и цеховых КТП применённые на практике позволяют повысить эффективность использования энергетических ресурсов, а так же повысить производительность промышленных предприятий.

1. Характеристика цеха

Цех металлорежущих станков (ЦМС) предназначен для серийного производства деталей по заказу.

ЦМС предусматривает наличие производственных, служебных, вспомогательных и бытовых помещений. Металлорежущие станки различного назначения размещены в станочном, заочном и резьбошлифовальном отделениях.

Транспортные операции выполняются кран-балкой.

Цех получает ЭСН от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,3 км от ГПП завода. Подводимое напряжение — 10 или 35 кВ. ГПП подключена к энергосистеме (ЭНС), расположенной на расстоянии 15 км.

Потребители ЭЭ относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.

Количество рабочих смен — 3. Грунт в районе цеха — глина при температуре +5С.

Каркас здания сооружен из блоков-секций, длиной 6 и 8 метров каждый.

Размер цеха AЧBЧH=50Ч30Ч8 м.

Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.

Таблица 1 — Перечень технологического оборудования

2. Выбор схем электроснабжения

В проектируемом мною цехе принята четырехпроводная разветвленная сеть напряжением 380/220 В с глухозаземлённой нейтралью, источником которой является вторичная обмотка трансформатора с заземленной нейтралью трехфазного переменного тока, промышленной частотой 50 Гц. Основным достоинством является возможность совместного питания силовых и осветительных нагрузок.

В цехе металлорежущих станков принимают радиальную схему электроснабжения. Достоинствами радиальных схем являются высокая надежность электроснабжения, удобство эксплуатации, возможность применения простых устройств автоматизации. Однако такие схемы не обладают необходимой гибкостью и требуют значительных затрат на низковольтные щиты ТП и цеховые сети.

Рисунок 1 — Радиальная схема электроснабжения

3. Расчёт электрических нагрузок

Расчёт электрических нагрузок производится по методу коэффициента расчётной нагрузки. Произведём расчёт для первого силового пункта СП-1.

Коэффициент использования, Ки., вычисляют по формуле:

где — суммарная активная нагрузка по СП-1, кВт[р.3, таблица 2];

— суммарная номинальная мощность электроприёмников по ШРА-1, кВт[р.3, таблица 2];

Групповой коэффициент реактивной мощности для группы электроприемников, определяетсяпо формуле:

где — суммарная реактивная нагрузка по СП-1, квар; [р.3, таблица 2];

— суммарная активная нагрузка по СП-1, кВт, [р.3, таблица 2];

Эффективное число электроприёмников, nэф, шт. вычисляют по формуле:

где — суммарная номинальная мощность электроприёмников по СП-1, кВт, [р.3, таблица 2];

— суммарная квадратичная мощность n-приёмников по СП-1, [р.3, таблица].

Коэффициент расчётной нагрузки, Кр=1,86, [8, с. 274, таблица П6];

Расчётную активную мощность, Рр, кВт вычисляют по формуле:

где Кр-коэффициент расчётной нагрузки;

— суммарная активная нагрузка по СП-1, кВт, [р.3, таблица 2].

Рр=1,22· 7,2 = 8,7

Так как эффективное число электроприемников nэ 10, то расчётную реактивную мощность Qр, квар вычисляют по формуле:

где — суммарная реактивная нагрузка по СП-1, квар, [р.3, таблица 2];

Qр= 1,1 · 7,2= 5,94

Полную расчётную мощность Sр, кВА, вычисляют по формуле:

где Рр — активная расчётная мощность, кВт, [р.3, таблица 2];

Qр — реактивная расчётная мощность, кВар, [р.3, таблица 2]

Расчётный ток Iр, А вычисляют по формуле:

где Sр — полная расчётная мощность, кВА, [р.3, таблица 2];

Uн — номинальное напряжение сети, кВ, [из задания]

Для оставшихся СП или ШРА расчет электрических нагрузок проводят аналогично.

Расчет электрических нагрузок по цеху определяем по формуле (1):

Эффективное число электроприёмников, nэф, шт. вычисляют по формуле:

где — номинальная активная мощность наиболее мощного электроприемника группы, кВт.

Коэффициент расчетной мощности Кр. ц определяют исходя из зависимости:

Расчётную активную мощность, Рр.ц., кВт вычисляют по формуле (4):

Так как эффективное число электроприемников nэ>10, то расчётную реактивную мощность Qр.ц., квар вычисляют по формуле:

Полную расчётную мощность Sр.ц., кВА, вычисляют по формуле (6):

Расчётный ток Iр.ц., А вычисляют по формуле (7):

Расчёт электрических нагрузок осветительной сети.

Определяют расчетную активную мощность осветительной сети Рр. о, кВт по формуле:

где — удельная мощность освещения, кВт/м2 (0,006−0,008 кВт/м2);

Sплощадь участка, м2, [из задания]

Расчётную реактивную мощность освещения Qр. ос, квар, вычисляют по формуле:

где Рр. осактивная расчётная мощность освещения, кВт, [р.3, таблица 2];

— коэффициент мощности для освещения с лампами ДРЛ, [р.3, таблица 2]

Полную расчётную мощность освещения Sр. ос, кВА, вычисляют по формуле:

где Рр. ос — активная расчётная мощность освещения, кВт, [р.3, таблица 2];

Qр.ос — расчётная реактивная мощность освещения Qр. ос, квар, [р.3, таблица 2]

Расчётный ток освещения, А, вычисляют по формуле:

где Sр. ос — полная расчётная мощность освещения, кВА, [р.3, таблица 2];

Uн — номинальное напряжение сети, кВ, [из задания]

Сумма добавленной мощности и мощности проектируемого цеха с учётом освещения приведена в таблице 2.

4. Расчет компенсирующих устройств

Суммарную реактивную мощность батареи низковольтных конденсаторов (БНК), Qнк, квар, вычисляют по формуле:

где — расчетная реактивная нагрузка с учетом добавленной мощности, квар;

наибольшее значение реактивной мощности, которую может передать трансформатор в сеть до 1кВ, квар.

Наибольшее значение реактивной мощности, которое может передать трансформатор в сеть до 1 кВ, вычисляют по формуле:

где — коэффициент загрузки;

количество трансформаторов;

— активная расчетная мощность с учетом добавленной мощности, кВт;

— номинальная мощность трансформатора, кВА.

Номинальную мощность трансформатора, кВА, определяют по формуле:

Выбираем силовой трансформатор мощностью кВ

Таблица 3 — Технические характеристики трансформатора

У данного трансформатора проверяем фактический коэффициент загрузки, в, находящийся в пределах от 0,6 до 0,8. Коэффициент загрузки в, определяют по формуле:

гдеактивная расчетная мощность, кВт;

количество цеховых трансформаторов, шт;

— номинальная мощность трансформатора, кВА.

Определяют наибольшее значение реактивной мощности по формуле (14):

Определяют реактивную нагрузку по формуле (13):

Выбирают батарею низковольтных конденсаторов со стандартной реактивной мощностью.

Таблица 4 — Выбор батареи низковольтных конденсаторов

Конденсаторная установка подключена на прямую, без отключающего устройства и поэтому в обслуживании опасна из-за наличия остаточного статического напряжения, для этого определяют разрядное сопротивление.

Разрядное сопротивление Rразр., кОм, вычисляют по формуле:

где — фазное напряжение, кВ;

мощность конденсаторной установки, квар.

5. Расчет внутрицеховых сетей

Так как среда в цехе нормальная, то внутрицеховая сеть выполнена кабелем марки АВВГ, проложенным в полу.

Проводник выбирают по условию:

где — расчетный ток станка, А;

допустимый длительный ток по нагреву.

Расчёт показывают на примере токарного станка. На станке установлен двигатель АИР160S6, = 11 кВт. Расчёты для остальных станков аналогичны.

Расчетный ток станка,, А, определяют по формуле:

гденоминальная мощность двигателя, кВт;

номинальное напряжение сети, кВ;

— коэффициент полезного действия, доли;

— коэффициент мощности.

Пусковой ток станка, Iпуск, А, определяют по формуле:

где — кратность пускового тока;

— номинальный ток станка, А.

Таблица 5 — Номинальные параметры двигателей

По условию (18) выбирают кабель марки АВВГ (5×35), Iдоп = 90А Условие выполняется, следовательно, кабель выбран верно.

Таблица 6 — Кабели питающие электроприёмники

По условию (18) выбирают кабель, питающий ШРА-1 марки АВВГ (с допустимым током Iдоп = 140 А.

110,7 < 140

Таблица 7 — Выбор питающего кабеля

После выбора кабелей для каждого станка, выбирают распределительные шинопроводы ШРА-1 и ШРА-2. Расчётные токи шинопроводов указаны в таблице 2.

Для ШРА-1 выбирают шинопровод ШРА-250.

Таблица 8 — Технические данные шинопроводов

6. Выбор аппаратов защиты и проверка их на электродинамическую стойкость

Так как среда в цехе нормальная, то защиту силовых сетей данного цеха выполняют автоматическими выключателями марки ВА и предохранителями марки ПН2.

Для токарного станка, с расчётным током,, равным 14,8 А; пусковым током,, равным 103,6 А, выбирают автоматический выключатель и предохранитель.

Предохранитель выбирают по условию:

гденоминальный ток предохранителя, А;

— расчетный ток станка, А.

Расчётный ток расточного станка определяют по формуле:

— пусковой ток двигателя, А;

— коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя.

По условию (21) выбирают предохранитель марки ПН2−100, с номинальным током предохранителя 31,5А.

Выбранный предохранитель проверяют на условие соответствия выбранному проводнику по условию:

— ток срабатывания защитного аппарата, А;

— коэффициент защиты;

— допустимый ток по нагреву, А.

Для защиты шинопровода ШРА1 выбирают автоматический выключатель ВА51−33 с комбинированным расцепителем серии ВА по условию:

где — расчетный ток, кА;

— номинальный ток, кА.

(25)

где — расчётное напряжение, кВ;

— номинальное напряжение, кВ.

Выбранный аппарат проверяют на электродинамическую стойкость, кА, по условию:

(26)

где — ударный ток короткого замыкания, кА;

— допустимый ток динамической стойкости, кА.

30,8

Таблица 9 — Условия выбора выключателя

7. Ресурсои энергосбережение

Промышленные предприятия представляют собою огромную энергоемкую сферу, в которой в итоге физического и морального старения техники случается постоянное и непрерывное повышение числа потребляемой электроэнергии. Издержки промышленных предприятий составляют 9−12 процента, и цифры эти беспрерывно растут. Так же огромные утери электроэнергии появляются при транспортировке. Для того чтобы белорусскоепроизводство развивалось, стоит остановить беспрерывный рост издержек предприятий, который в собственную очередь сопровождается существенными финансовыми потерями. Стоит провести комплекс мер по энергосбережению на предприятиях.

Энергосбережение промышленных предприятий — комплекс мер, направленных на сокращение расхода электроэнергии от внешних источников, который подразумевает, прежде всего, применение данных энергетических систем, которые заведомо экономичнее иных — к примеру: энергосберегающее оснащение. Системы электропитания промышленных предприятий, спроектированные на номинальный режим, работают, как правило, с недогрузкой. Это вызывает снижение коэффициента мощности в системе электропитания, повышение части потерь в трансформаторах, электрических машинах и аппаратах.

В данных условиях возрастает роль энергетических обследований систем электропитания с целью определения мест нерационального и расточительного применения энергии и создании мероприятий по её экономии. Энергосбережение промышленных компаний в то же время предполагает вопросы экономии финансовых средств.

В последнее время промышленные предприятия получили вероятность самостоятельного подбора типа тарифов для оплаты за электроэнергию. Появились новые задачи: не лишь отыскать способы экономии энергии, однако и на базе анализа режима труды предприятия и электропотребления определить для предприятия максимально выгодный тип тарифов, помочь предприятию в составлении не ущемляющих его интересы договоров на электроснабжение.

Хотя, энергосбережение промышленных компаний не может рассматриваться как проведение чисто «электротехнических» мероприятий по экономии энергии, их не так уж и немало. Это снижение потерь в электросетях предприятия, в трансформаторах, в электрооборудовании и осветительных приборах, применение более энергоэффективного электрооборудования, оптимизация его загрузки, замена недогруженного электрического оборудования. Это к тому же снижение потерь путем регулировки напряжения

питания, повышения коэффициента мощности. Для рационального применения энергоресурсов обязана быть составлена индивидуальная программа энергосбережения предприятия.

Энергосбережение промышленных компаний нельзя рассматривать без мероприятий направленных на сокращение энергопотребления системами обогрева, кондиционирования и вентиляции воздуха. Промышленные дома — как энергетическая система, представляющая собою совокупность комнат, любое из которых характеризуется индивидуальными особенностями.

Говоря о приоритетах энергосбережения, стоит иметь в виду, что, ранее в общей сложности, обязаны осуществляться меры по понижению тепловой годовой нагрузки на системы обогрева, кондиционирования и вентиляции воздуха. При проектировании систем стоит отдавать предпочтение рациональным видам систем. В то же время стоит закладывать меры по понижению энергопотребления в эксплуатационных условиях. Подобные мероприятия связаны с регулированием мощности систем.

Так, проведение мероприятий, направленных на энергосбережение промышленных предприятий, дают возможность решить вопросы эффективного применения энергоресурсов и снижения финансовой нагрузки на энергообеспечение изготовления. Грамотно выстроенная структура энергосбережения предприятия, дает большую возможность добиться значительного повышения эффективности применения энергоресурсов и экономии финансовых расходов предприятия.

8. Охрана труда

Охрана труда (ОТ) — это система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

На предприятиях для обеспечения безопасных работ должны выполняться организационные и технические мероприятия.

Организационными мероприятиями обеспечивающими безопасность работы в электроустановках, являются: назначение лиц, ответственных за безопасное ведение работ, оформление работы нарядом допуском, распоряжением или перечнем работ, выполненных в порядке текущей эксплуатации; выдача разрешения на подготовку рабочих мест и на допуск; подготовка рабочего места и допуск к работе; надзор при выполнении работы; перевод на другое рабочее место; оформление перерывов в работе и ее окончание.

Работа в электроустановках производится по разряду, распоряжению, в порядке текущей эксплуатации.

Наряд — это задание на производство работы, оформленное на специальном бланке установленной формы и определяющего содержания, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность выполнения работ и т. д.

По наряду могут производиться работы в электроустановках, выполняемые со снятием напряжения, без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них.

Распоряжение — это задание на производство работы, определяющее ее содержание, место, время, меры безопасности (если они предлагаются) и лиц, которым поручено ее выполнение. Распоряжение может быть передано непосредственно лицом с помощью средств связи с последующей записью в определенном журнале.

Текущая эксплуатация — это проведение оперативным (оперативно-ремонтным) персоналом самостоятельно на закрепленным за ними участке в течение одной смены работ.

Для подготовки рабочего места при работе со снятием напряжения должны быть выполнены в указанном порядке следующие технические мероприятия:

— произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

— на приводах ручного и на ключах дистанционного управления коммутационной аппаратурой вывешены запрещающие плакаты;

— проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях, которые должны быть заземлены для защиты людей от поражения электрическим током;

— наложение заземления (включая заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют установлены переносные заземления);

— вывешены предписывающие и предупреждающие плакаты, ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части. В зависимости от местных условий токоведущие части ограждаются до или после наложения заземления.

При оперативном обслуживании электроустановок двумя и более лицами в смену перечисленные в настоящем пункте мероприятия должны выполнять двое. При единоличном обслуживании их может выполнять дно лицо, кроме наложения переносных заземлений в электроустановках напряжением выше 1кВ, не имеющих действующих устройств блокировки разъединителей от непрерывных действий.

Организация противопожарных мероприятий является важной частью в управлении любым предприятием или цехом.

В данном цеху принимаются следующие противопожарные мероприятия:

— в качестве профилактики запрещается в проходах устраивать какие-либо кладовые или устанавливать оборудование;

— в качестве средств пожаротушения используется песок, а также огнетушители.

Все это оборудование устанавливается возле стен, колонн и возле пожароопасного оборудования.

В электрических установках тушение пожаров водой категорически запрещается из-за возможности поражения электрическим током, для этой цели применяется либо песок, либо углекислотные огнетушители.

Весь персонал подвергается периодической проверке знаний по противопожарной техники безопасности.

В КТП должно обязательно иметься два выхода, у которых размещаются средства пожаротушения.

При безопасных условиях труда вредные и опасные производственные факторы либо исключены, либо их уровень не превышает нормативных. Обусловленные гигиеной труда нормативы рассчитаны на то, чтобы при 40-часовой рабочей неделе на протяжении всего трудового стажа вредные производственные факторы не вызывали заболеваний и отклонений здоровья.

Выделяют 4 класса условий труда:

Оптимальные условия: сохраняется здоровье работников и поддерживается высокий уровень их работоспособности.

Допустимые условия труда: соблюдение гигиенических нормативов, а возможные временные ухудшения состояния организма проходят за время отдыха.

Вредные условия труда: неблагоприятное воздействие на организм.

Опасные условия труда: высокий риск профессиональных поражений и угроза для жизни.

Вредные факторы производства приводят к развитию профзаболеваний в результате долговременного воздействия на организм, а также к острым заболеваниям в виде травм и отравлений.

цех электрический нагрузка защита

1. ГОСТ 2.710−81 Обозначения буквенно-цифровые в электрические схемы.

2. ГОСТ 2.755−87 Обозначения условные графические в электрических схемах.

3. ГОСТ 2.756−76 Обозначения условные графические в схемах.

4. Воспринимающая часть электромеханических устройств.

5. ГОСТ 12.1.004−91 Пожарная безопасность. Общие требования.

6. ГОСТ 12.1.009−76 Электробезопасность. Термины и определения.

7. ГОСТ 12.1.010−76 Взрывобезопасность. Общие требования.

8. ГОСТ 12.1.019−79 Электробезопасность, Общие требования и номенклатура видов защиты.

9. ГОСТ 12.1.030−81 Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

10. ГОСТ 21.403−80 Обозначения условные графические в схемах.

11. ГОСТ 21.607−82 Электрическое освещение территории промышленных предприятий. Рабочие чертежи.

12. ГОСТ 21.608−84 Внутреннее электрическое освещение. Рабочие чертежи.

13. ГОСТ 21.613−88 Силовое электрооборудование. Рабочие чертежи.

14. ГОСТ 21.614−88 Изображения условные графические электрооборудования и проводок на планах.

15. ГОСТ 721–77 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электроэнергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В.

16. ГОСТ 1494–77 Электротехника. Буквенные обозначения основных величин.

17. ГОСТ 13 109–87 Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения.

18. ГОСТ 19 431–84 Энергетика и электрификация. Термины и определения.

19. ГОСТ 19 880–74 Электротехника. Основные понятия. Термины и определения.

20. ГОСТ 21 128 83 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи приёмники электроэнергии. Номинальные напряжения до 1000 В и допускаемые отклонения.

21. ГОСТ 23 875 88 Качество электрической энергии. Термины и определения.

22. ГОСТ 24 291–90 Электрическая часть электростанции и электрической сети.

23. ГОСТ 26 522–85 Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения.

24. ГОСТ 27 514–87 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1кВ

25. СНБ 1.02.03−97 Порядок разработки, согласования и состав обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений.

26. СНБ 1.03.02−96 Состав, порядок разработки и согласования проектной документации в строительстве.

27. СНиП 3.05.06−85 Электрические устройства.

28. СНиП 3.05.07−85 Системы автоматизации.

29. СН 174−75 Инструкция: по проектированию электроснабжения в промышленных предприятий.

30. СН 357−77 Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий.

31. Коновалова, Л. Л Электроснабжение промышленных предприятий и установок: учеб. пособие / Л. Л. Коновалова, Л. Д. Рожкова. — М.: Энергоатомиздат, 1989.-528 с.

32. Королев О. П. Электроснабжение промышленных предприятий: учеб. пособие/ О. П. Королев, В. Н. Радкевич, В. Н. Сацукевич. — Мн.: РИПО, 1995.-134 с.