Цех обработки деталей

6

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Внутризаводское электроснабжение и режимы»

Тема: «Цех обработки деталей»

Введение

   Система электроснабжения промышленных предприятий, состоящая из сетей напряжением до 1 кВ и выше, трансформаторных подстанций, служит для обеспечения требований производства путем подачи электроэнергии от источника питания к месту потребления в необходимом количестве и соответствующего качества. Каждое промышленное предприятие находится в состоянии непрерывного развития: вводятся новые производственные площади, повышается использование существующего оборудования, изменяется технология и т.д. Система электроснабжения предприятия (от ввода до конечных приемников электроэнергии) должна быть гибкой, допускать постоянное развитие технологии, рост мощности предприятия и изменение производственных условий.

   Для машиностроительных предприятий характерна динамичность технологического процесса, связанная с непрерывным введением новых методов обработки, нового оборудования, его переналадки, а так же непрерывного изменения и усовершенствования самой модели изделия.

   Основные задачи, решаемые при исследовании, проектировании, сооружении и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, заключается в оптимизации параметров этих систем путем правильного выбора напряжений, определения электрических нагрузок и требований к бесперебойности электроснабжения; рационального выбора числа и мощности трансформаторов, конструкций промышленных сетей, средств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения. Все эти задачи непрерывно усложняются вследствие роста мощностей электроприемников, новых технологических процессов, внедрения новых моделей или их усовершенствования и т.д.

   Следовательно, рационально спроектированная система электроснабжения промышленного предприятия должна удовлетворять ряду требований: высокой надежности и экономичности, безопасности и удобству эксплуатации, обеспечивать требуемое качество электроэнергии, соответствующие уровни напряжения и т. д. Многообразие факторов, которые необходимо учитывать при проектировании электроснабжения предприятий разных отраслей промышленности, повышает требования к квалификации инженеров-электриков.

   Ввод источников реактивной мощности приводит к снижению потерь в максимуме нагрузки приблизительно на 0,1 кВт на каждый 1 квар вводимой реактивной мощности. Повышение степени компенсации до 0,4-0,5 квар/кВт позволит значительно сократить потери электроэнергии, снизить тарифы на электроэнергию, что является важным в условиях рыночной экономики.

   Проблема компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий, особенно с учетом электромагнитной совместимости преемников электрической энергии с питающей сетью, является одной из самых актуальных на сегодняшний день.

1.      Краткая характеристика объекта проектирования

Электроснабжение цеха обработки деталей

Размеры цеха А х В х Н =48 х 30 х 8м. Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.

Перечень электрооборудования цеха дан в таблице 1. Мощность электро­потребления (РПасп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного оборудования цеха обработки корпусных дета­лей показано на плане (рис. 1).

Перечень оборудования обработки деталей

   Таблица 1

Рис. 1. План расположения оборудования цеха обработки деталей

2.      Определение ожидаемых нагрузок по цеху

   Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение ожидаемых электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

   Установленные мощности приводим к ПВ=100%. Следовательно, приводим мощность кранов консольных поворотных:

   Для сварочных аппаратов номинальная мощность равна:

   Определение расчетной нагрузки по цеху выполняется методом упорядоченных диаграмм (коэффициента максимума), для этого используется таблица 2.

   Порядок заполнения таблицы:

1.      В графе 2 записываем все электроприемники.

2.      В графе 3 – количество рабочих ЭП.

3.      В графе 4 – номинальная мощность одного ЭП, приведенная номинальная мощность ЭП повторно-кратковременного режима.

4.      В графе 5 записываем суммарную номинальную мощность всех ЭП.

5.      Графа 6 заполняется для расчетного узла величиной m=pн.макс/pн.мин. Записываем величину > 3.

6.      В графы 7 и 8 заносим значения коэффициента использования КИ,  мощности cos φ и мощности в период максимальной нагрузки tg φ.

7.      В графы 9 и 10 заносим значения активной и реактивной мощности, определяемые из выражений:    

      На этом расчеты по отдельным группам ЭП заканчиваем.

      Путем раздельного суммирования активных и реактивных составляющих   

      мощностей находим их значения и проставляем в итогах граф 9 и 10.  

      После этого в итогах граф 6 и 7 заносим средневзвешенные значения

      расчетных коэффициентов, определяемых из выражений:

8.      В графе 11 записываем эффективное число ЭП. Значение высчитываем по формуле:

9.      В графе 12 записываем коэффициент максимума, определяемый из справочника.

10. В графах 13 записываем расчетную активную мощность, вычисляемую по формуле:

11. Значение расчетной реактивной мощности заносим в графу 14. Вычисляем по формуле:

12. В графах записываем расчетную полную мощность и ток по цеху, определяемые из выражений:

13. Для определения общих нагрузок по цеху в целом к силовым нагрузкам необходимо добавить осветительную нагрузку.

3. Расчет электрического освещения цеха

   На промышленных предприятиях около 10 % потребляемой электроэнергии затрачивается на электрическое освещение. Правильное выполнение осветительных установок способствует рациональному использованию электроэнергии, улучшению качества выпускаемой продукции, повышению производительности труда, уменьшению количества аварий и случаев травматизма, снижению утомляемости рабочих.

   Выбор освещения производственных и вспомогательных помещений, выбор мощности светильников производится в соответствии с нормами проектирования искусственного освещения. При проектировании искусственного освещения внутри помещений необходимо выбрать вид освещения и систему освещения.

   Расчет производится методом коэффициента использования светового потока. Этот метод применяется для помещений, в которых предусматривается общее равномерное освещение горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов. Метод применим для расчета освещения помещений светильниками, как с лампами накаливания, так и с люминесцентными.

   Определяем площадь помещения:

   Определяем индекс помещения:

,

где h1 – высота цеха, h2 – высота рабочей поверхности (принимаем 1 м).

   Определяем коэффициент отражения:

Для производственных помещений принимаем 50-30-10

Для потолка коэффициент отражения – 50% (светлая поверхность),

для стены – 30% (поверхность серого цвета), для пола – 10%  (темная поверхность).

   Определяем коэффициент использования – 51 %.

   Определяем требуемое количество светильников

где Е – требуемая горизонтальная освещенность в люксах;

S – площадь помещения;

К3 –  коэффициент запаса, принимаем 1,5;

– коэффициент использования;

– количество ламп в светильниках серии HBS;

Фл – световой поток одной лампы.

Е – определяем согласно требованиям СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»,  в среднем 300 люкс.

Выбираем лампы типа ДРИ-400м

   Определяем активную мощность осветительных установок:

4. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций с учетом компенсации реактивной мощности

   Выбор числа и мощности трансформаторов для цеховых трансформаторных подстанций промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения

   Критериями при выборе трансформаторов являются надежность электроснабжения (учет категории приемников электроэнергии в отношении требуемой надежности) и потребная трансформаторная мощность.

   Надежности электроснабжения потребителей II категории достигают за счет обеспечения резерва, вводимого автоматически или действиями дежурного персонала. При питании этих потребителей от одной подстанции следует иметь два трансформатора или складской резервный трансформатор. Потребители III категории получают питание от однотрансформаторной подстанции при наличии резервного трансформатора.

   В настоящее время выбор числа и мощности трансформаторов для цеховых ТП производится с учетом компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности выполняется с помощью комплектных конденсаторных установок, устанавливаемых на каждой секции шин 0,4 кВ КТП.

   Оптимальный вариант выбирается на основе сравнения капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

   Расчет проводим для двух вариантов, например:

    Так как от цеховой ТП будут запитываться ЭП II и III категории надежности,  расчет будем проводить для потребителей II категории.

    Номинальную мощность трансформатора выбираем по формуле:

    Для варианта А:

    , следовательно, приемлемым трансформатором для данной  цеховой однотрансформаторной подстанции является ТМ-160/10.

    Для варианта Б:

    , следовательно, приемлемым трансформатором для данной  цеховой однотрансформаторной подстанции является ТМ-100/10.

   Паспортные данные выбранных трансформаторов, необходимые для расчетов:

Вариант А

   Исходными данными являются:

   Потери активной и реактивной мощности в трансформаторах высчитываем по следующим формулам:

, где

  – количество трансформаторов;

– потери холостого хода трансформатора, кВт;

– потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

– коэффициент загрузки.

, где

  – количество трансформаторов;

– ток холостого хода трансформатора, %;

– напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

– коэффициент загрузки,

– номинальная мощность трансформатора.

Расчетная нагрузка корпуса с учетом потерь в трансформаторах:

Реактивная мощность в часы минимума нагрузки:

– по типовому годовому графику электрических нагрузок для автомобильного завода.

1. Экономически обоснованные значения реактивной мощности в часы максимума энергосистемы:

;

, где

α=0,28; =0.

    Из-за пониженного напряжения в часы максимальных нагрузок принимаем меньшее из значений: .

2. Экономически обоснованные значения реактивной мощности в режиме наименьших нагрузок энергосистемы:

;

,

где =0.

   Из-за повышенного напряжения в часы минимальных нагрузок принимаем значение мощности: .

3. Суммарная мощность компенсирующих устройств:

;

.

Следовательно, все КУ должны быть регулируемые.

   Реактивная мощность, которая должна быть передана из 6 кВ в сеть напряжением до 1 кВ и не должна компенсироваться:

.

   Реактивная мощность, которая должна быть передана из 6 кВ в сеть напряжением до 1 кВ:

.

   Мощность КУ, устанавливаемых на стороне до 1 кВ:

так как < 100 квар, то установка компенсирующих устройств не целесообразна.

   Мощность КУ, которые могут быть установлены на стороне до 6 кВ:

.

Так как  < 800 квар, то установка БК на стороне 6 кВ не целесообразна.

Затраты на установку КТП с трансформатором ТМ-160/6:

, где

;

;

;

;

=70,95 тыс. руб.; α=36 руб/кВт; β=0,9 руб/кВт; ТМ=4500 ч; ТР=8760 ч.

;

;

;

;

Вариант Б

   Исходными данными являются:

   Потери активной и реактивной мощности в трансформаторах высчитываем по следующим формулам:

, где

  – количество трансформаторов;

– потери холостого хода трансформатора, кВт;

– потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

– коэффициент загрузки.

, где

  – количество трансформаторов;

– ток холостого хода трансформатора, %;

– напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

– коэффициент загрузки,

– номинальная мощность трансформатора.

Расчетная нагрузка корпуса с учетом потерь в трансформаторах:

Реактивная мощность в часы минимума нагрузки:

– по типовому годовому графику электрических нагрузок для автомобильного завода.

1. Экономически обоснованные значения реактивной мощности в часы максимума энергосистемы:

;

, где

α=0,28; =0.

    Из-за пониженного напряжения в часы максимальных нагрузок принимаем меньшее из значений: .

2. Экономически обоснованные значения реактивной мощности в режиме наименьших нагрузок энергосистемы:

;

,

где =0.

   Из-за повышенного напряжения в часы минимальных нагрузок принимаем значение мощности: .

3. Суммарная мощность компенсирующих устройств:

;

.

Следовательно, все КУ должны быть регулируемые.

   Реактивная мощность, которая должна быть передана из 6 кВ в сеть напряжением до 1 кВ и не должна компенсироваться:

.

   Реактивная мощность, которая должна быть передана из 6 кВ в сеть напряжением до 1 кВ:

.

   Мощность КУ, устанавливаемых на стороне до 1 кВ:

так как < 100 квар, то установка компенсирующих устройств не целесообразна.

   Мощность КУ, которые могут быть установлены на стороне до 6 кВ:

.

Так как  < 800 квар, то установка БК на стороне 6 кВ не целесообразна.

Затраты на установку КТП с трансформатором ТМ-100/6:

, где

;

;

;

;

=44,34 тыс. руб.; α=36 руб/кВт; β=0,9 руб/кВт; ТМ=4500 ч; ТР=8760 ч.

;

;

;

;

По приведенным затратам выбираем вариант А с установкой  одного трансформатора ТМ 160/6/0,4.

5. Выбор и обоснование схемы внутрицехового электроснабжения

   Основной тенденцией в проектировании электроснабжения является сокращение протяженности сетей низшего напряжения путем максимального приближения высшего напряжения (трансформаторной подстанции) к потребителям электроэнергии.

   Сети напряжением до 1 кВ подразделяются на питающие, прокладываемые от трансформаторной подстанции до силовых пунктов, и распределительные, к которым присоединяются электроприемники. В комплекс внутрицехового электроснабжения входят питающие и распределительные линии, РП напряжением до 1 кВ, аппаратура коммутации и защиты сетей и ответвлений к отдельным электроприемникам. Питающие и распределительные сети могут быть выполнены по радиальным, магистральным и смешанным схемам.

   Радиальные схемы наиболее часто используются для питания отдельных относительно мощных электроприемников (двигатели компрессорных и насосных установок, печи и т.д.), а также в случаях, когда мелкие по мощности электроприемники распределяются по цеху неравномерно и сосредоточены группами на отдельных участках (ремонтные мастерские, отдельные участки с не поточным производством и т.п.). Радиальные схемы предпочтительны взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещений. К достоинствам радиальных схем относятся высокая надежность питания (выход из строя одной линии не сказывается на работе потребителей, питающихся от других линий), а также возможность автоматизации переключений и защиты.

   Магистральные схемы применяются для питания электроприемников, обслуживающих один агрегат и связанных единым технологическим процессом, когда прекращение питания любого из этих электроприемников вызовет необходимость прекращения работы всего технологического агрегата. Магистральные схемы находят широкое применение для питания большого числа мелких электроприемников, распределенных относительно равномерно по площади цеха (металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители).

   Магистральные схемы позволяют отказаться от громоздкого и дорого распределительного устройства или щита на трансформаторной подстанции. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии используются шинопроводы. Схемы, выполненные шинопроводами ШМА, не подвергаются переделке при переустановках оборудования и добавлении новых электроприемников в цехе в связи с изменением технологии производства.

   При проектировании следует, прежде всего, рассматривать применение схем блоков трансформатор-магистраль, по возможности без распределительных устройств напряжения до 1 кВ и без распределительных щитов. Только при наличии веских основания можно допустить отказ от магистральных схем и применять радиальные схемы питания потребителей.

   На практике наибольшее распространение находят смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. Смешанные схемы характерны для литейных, кузнечных и механосборочных цехов машиностроительных заводов.

    Проектирование цеховых сетей во всех случаях должно выполняться на основе хорошего знания технологии проектируемого цеха, условия окружающей среды и степени ответственности отдельных электроприемников.

   Питание электродвигателей передвижных цеховых подъемно-транспортных механизмов (кранов, кран-балок, тельферов) производятся с помощью неизолированных проводников – троллеев. В зависимости от расчетной нагрузки троллейные линии питаются от щита трансформаторной подстанции, либо от магистрального или распределительного шинопровода.

   Так как в инструментальном цехе электроприемники распределены относительно равномерно по площади цеха, выбираем для проектирования магистральную схему с использованием троллейных линий для питания кранов консольных поворотных. Магистральная сеть выполняется комплектным шинопроводом типа ШРА на высоте не ниже 2,5 м от уровня пола. Шинопроводы крепятся к стенам, колоннам, фермам или прокладываются на стойках. В инструментальном цехе имеется две кран-балки, поэтому производится секционирование троллейных линий.

   Присоединение приемников к шинопроводу производим с помощью ответвлений, выполненных кабелями или проводами, проложенными в трубах.

Заключение

   В данном курсовом проекте произведен расчет электрических нагрузок в электроустановках напряжением до 1 кВ методом упорядоченных диаграмм для ЦОД автомобильного завода, расчет электрического освещения цеха, выбор одного трансформатора ТМ 160/6/0,4, выбор цеховых трансформаторных подстанций с учетом компенсации реактивной мощности, выбор магистральной схемы внутрицехового электроснабжения.

Литература:

          1. Правила устройств электроустановок (ПУЭ). С.ПБ.: Энергоатомиздат, 2002.

2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок и потребителей. М.: Энергоатомиздат, 1990

3. Указания по определению электрических нагрузок в промышленных установках. М.: ВНИИПИ Тяжпромэлетропроект, 1991.

          4. Жежеленко И. В., Кротков Е. А., Степанов В. П. Методы вероятностного моделирования в рсчетах характеристик электрических нагрузок потребителей. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2001.

5. Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1995.

6. А.Н. Рожин, Н.С. Бакшаева. Внутрицеховое электроснабжение. Учебное пособие.-Киров:Изд-во ВятГУ, 2006.-258с.