Выбор схемы электроснабжения цеха

1.4 Выбор схемы электроснабжения цеха

 

1.4.1 Задачи электроснабжения цеха

Основной задачей электроснабжения является обеспечение потребителей электроэнергией. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмы, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами и т.д.

Для обеспечения бесперебойности производственного процесса и постоянного обновления оборудования современные системы электроснабжения предприятия должны обладать повышенной надежностью и гибкостью, обеспечивать заданные показатели качества электроэнергии, быть высокоэкономичными, удобными в эксплуатации и соответствовать требованиям пожаро-, взрыво и электробезопасности.

На надежность системы электроснабжения влияют:

- соответствия пропускной способности сети;

- схемы соединения элементов сети;

- наличие чувствительных быстродействующих и селективных защит;

- наличие или отсутствие в энергосистеме дефицита мощности и запасных резервных элементов и другие факторы.

Системы электроснабжения предприятия должны удовлетворять также следующим требованиям:

1.  Обеспечения надлежащего качества электроэнергии, уровней и отклонения напряжения, стабильность частоты и др.;

2.  Экономии цветных металлов и электроэнергии;

3.  Максимального приближения источников высшего напряжения к электроустановкам потребителей, обеспечивающего минимум сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации снижения первичных затрат и уменьшения потерь электроэнергии с одновременным повышением надежности.

Выполнение этих требований обеспечивается, прежде всего, надлежащим образом на основании соответствующих расчетов мощности источников электропитания и пропускной способности всех элементов системы электроснабжения, выборы их высоконадежного конструктивного исполнения и стойкости в аварийных режимах, использованием современных систем защиты и автоматики, надлежащей эксплуатацией.

Через системы электроснабжения осуществляется учет электроэнергии и контроль за рациональным ее расходованием.

К важнейшим задачам, которые должны быть решены в процессе проектирования систем электроснабжения промышленных предприятий, относятся следующие:

1.  Выбор наиболее рациональной с точки зрения технико-экономических показателей системы питания цеха;

2.  Правильный, технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для главной понизительной и цеховых подстанций;

3.  Выбор экономически целесообразного режима работы трансформаторов;

4.  Выбор рациональных напряжений в схеме определяющих, в конечном счете, размеры капиталовложений, расход цветного металла, величину потерь электроэнергии и эксплуатационные расходы;

5.  Выбор электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств в соответствии с требованиями технико-экономической целесообразности;

6.  Выбор сечения проводов, шин, кабелей в зависимости от ряда технических и экономических факторов.

Потребители электроэнергии имеют свои специфические особенности, чем и обусловлены определенные требования к их электроснабжению – надежность питания, качество электроэнергии, резервирование и защита отдельных элементов и др.

При проектировании сооружений и эксплуатации систем электроснабжения промышленных цехов необходимо правильно в технико-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжений, определять электрические нагрузки, выбирать тираж, число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты, системы компенсации реактивной мощности и способы регулирования напряжений.

1.4.2 Выбор схемы электроснабжения по цеху

Цеховые сети делят на питающие, которые отходят от источника питания (подстанции), и распределительные, к которым присоединяются Электроприемники.

Внутрицеховое распределение электроэнергии может выполняться по трем схемам:

- радиальной;

- магистральной;

- смешанной.

Выбор определяется категорией надежности потребителей, их территориальным размещением, особенностями режимов работы и технико-экономическими показателями системы.

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

1.  Обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

2.  Быть удобными и безопасными в эксплуатации;

3.  Иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Магистральная схема используется на большие токи (до 6300А), может подключаться непосредственно к трансформатору без распределительного устройства на стороне низшего напряжения, и выполняются с равномерным распределением электроэнергии к отдельным потребителям. Магистральные схемы обладают универсальностью, гибкостью (позволяют заменить технологическое оборудование без изменения электрической сети).

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от распределительных устройств низшего напряжения трансформаторной подстанции и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляется самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Достоинством радиальных схем является высокая надежность питания и возможность применения автоматики.

Однако радиальные схемы требуют больших затрат на установку распределительных центров, проводку кабеля и проводов.

В проектируемой работе для электроснабжения цеха металлорежущих станков на основе анализа источников литературы выбрана магистральная схема, представленная на листе формата А3. Расчетные группы электроприемников представлены в таблице 2.

Таблица 2 Расчетные группы электроприемников

№	№ позиции на чертеже	Наименование оборудования	Количество	Модель	Рн кВт	Ки	Cosφ/tgφ
1	1-3	Универсально-заточные	3	3644	0,4	0,14	0,5/1,73
2	4,5	Заточные для червячных фрез	2	3Б662ВФ2	2,2
3	6,11	Заточные	2	3Д642Е**	2,2
4	7,10	Токарно-винторезные	2	16К25	50
5	8,9	Заточные для круглых плашек	2	3616	0,8
6	12,18	Резьбошлифовальные	2	5К823В	5,5
7	13-15	Плоскошлифовальные	3	3Е710А	3
8	16,17,22	Внутришлифовальные	3	3М225В	1
9	19,21	Круглошлифовальные	3	3У10С	1,1
10		Вентиляторы	3	ВУ	20	0,6	0,8/0,75

2. Расчетная часть

 

2.1 Расчет электрических нагрузок

В этом разделе рассматриваются методы определения электрических нагрузок, осуществляется расчет силовых нагрузок и составляется сводная ведомость.

Создание каждого промышленного объекта начинается с его проектирования: определения ожидаемых (расчетных) нагрузок.

При определении расчетных электрических нагрузок можно пользоваться основными методами:

1.  упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума);

2.  удельного потребления электроэнергии на единицу продукции;

3.  коэффициента спроса;

4.  удельной плотности электрической нагрузки на 1 м² производственной площади.

Расчет ожидаемых нагрузок приводится методом упорядоченных диаграмм,

являющимся в настоящее время основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения.

Расчетная максимальная мощность электроприемников определяется из выражения:

P_max=K_max * K_и * P_ном = K_max * P_см,

где: K_и – коэффициент использования;

K_max – коэффициент максимума активной мощности;

P_см – средняя активная мощность электроприемников за более загруженную схему.

Для группы электроприемников за более загруженную смену режима работы средняя активная и реактивная нагрузки определяются по формуле:

Р_см = К_u * Р_ном

Q_см = P_см * tg φ,

где tg φ – соответствует средневзвешенному cos φ, характерному для электроприемников данного режима работы.

Средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле:

К_U.СР.ВЗ. = ∑Р_см / ∑Р_ном,

где ∑Р_см – суммарная мощность электроприемников и групп за наиболее загруженную смену;

∑Р_ном – суммарная номинальная мощность электроприемников в группе.

Относительное число электроприемников определяется по формуле:

N^* = n₁/n,

где n₁ – число крупных приемников в группе;

n – число всех приемников в группе.

Относительная мощность наибольших по мощности электроприемников определяется из выражения:

Р^* = ∑Р_{n 1}/∑Р_ном,

где ∑Р_{n 1} – суммарная активная номинальная мощность крупных электроприемников группы;

∑Р_ном – суммарная активная номинальная мощность электроприемников группы.

Основное эффективное число электроприемников в группе определяется по справочным таблицам, исходят из значений n^* и Р^*

n^*_э = f(n^*; P^*)

Эффективное число электроприемников в группе определяется по формуле:

N_э = n^*_э * n

Коэффициент максимума определяется по справочным таблицам, исходя из значений n_э и К_{U.СР.ВЗ.:}

К_max = f(N_э; К_U.СР.ВЗ.)

Расчетная максимальная активная мощность цепи:

Р_мах = К_мах * ∑Р_см

Расчетная максимальная реактивная мощность в цепи:

Q_max = 1.1 ∑Q_см

Полная расчетнаямощность группы определяется по формуле:

S_max = √P_max² + Q_max²

Максимальный расчетный ток группы определяется по формуле:

I_max = S_max/(√3 * U_ном)

Расчет ожидаемых нагрузок цеха металлорежущих станков.

1. Определяем среднюю активную и реактивную мощности за более загруженную схему электроприемников.

Пример расчета для станков позиции 1-3

Р_см1-3 = Р_ном × К_и = 0,4 × 0,14 × 3 = 1,68 кВт

Q_см1-3 = Р_см1-3 × tgφ = 1,68 × 1,73 = 2,9 кВАр

Остальные данные по расчету представлены в таблице 4

2. Определяем суммарную мощность по группе:

∑P_ном = 3 P_ном1-3 + 2 P_ном4,5 + 2 P_ном6,11 + 2 P_ном7,10 + 2 P_ном8,9 + 2 P_ном12,18 + 3 P_ном13-15 + 3 P_{ном16,17,22} + 2 P_ном19,21 + 3 P_{ном вент} = 193,5 кВт

3. Суммируем активные и реактивные нагрузки:

∑P_см = P_см1-3 + P_см4,5 + P_см6,11 + P_см7,10 + P_см8,9 + P_см12,18 + P_см13-15 + P_см16,17,22 + P_см19,21 + P_{см вент} = 57,12 кВт

∑Q_см = Q_см1-3 + Q_см4,5 + Q_см6,11 + Q_см7,10 + Q_см8,9 + Q_см12,18 + Q_см13,15 + Q_см16,17,22 + Q_см19,21 + Q_{см вент} = 36,53 кВАр.

4. Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования:

К_и.ср.вз = 57,12/193,5 = 0,3

5. Определяем относительное число электроприемников:

N^{* =} 5/25 = 0,2

6. Определяем относительную мощность наибольших по мощности электроприемников:

Р^* = 160/193,5 = 0,83 кВт

7. Основное эффективное число электроприемников в группе определяем по таблице 2.2 исходя из значений N^* и Р^*:

n*_э = 0,27

8. Определяем эффективное число электроприемников в группе:

N_э = 0,27 × 25 = 6,75

9. Коэффициент максимума К_мах служит для перехода от средней нагрузки к максимальной. Коэффициент максимума активной мощности определяем по таблице 2.3, исходя из значений n_э и К_и.ср.вз:

К_мах = 1,8

10. Определяем расчетную максимальную активную мощность цепи:

Р_мах = 1,8 × 57,12 = 102,82 кВт

11. Определяем расчетную максимальную реактивную мощность цепи:

Q_мах = 1,1 × 36,53 = 40,18 кВАр

12. Определяем полную расчетную мощность группы:

S_мах =

13. Определяем максимальный расчетный ток группы:

I_мах = 110,4/(1,73 × 0,38) = 157,7 А

Таблица 3 Сводная ведомость электрических силовых нагрузок по цеху

№ п/п	Наименование оборудования	Кол-во	Рном, кВт	Рсм, кВт	Qсм, кВАр	Кмах	Ки	Iмах, А	Максимальная нагрузка
									Рмах, кВт	Qмах, кВАр	Sмах, кВА
1-3	Универсально-заточные	3	0,4	1,68	2,9	1,8	0,14
4,5	Заточные для червячных фрез	2	2,2	0,93	1,61
6,11	Заточные	2	2,2	0,62	1,07
7,10	Токарно-винторезные	2	50	14	24,23
8,9	Заточные для круглых плашек	2	0,8	0,22	0,38
12,18	Резьбошлифовальные	2	5,5	1,54	2,66
13-15	Плоскошлифовальные	3	3	1,26	2,18
16,17,22	Внутришлифовальные	3	1	0,42	0,73
19-21	Круглошлифовальные	3	1,1	0,45	0,78
	Вентиляторы	3	20	36	27,36		0,6
	Итого по							157,7	102,82	40,18	110,4