Создание оптимальной схемы низковольтного электроснабжения сварочного участка цеха

 

 

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

Наименование электроприемника	№ на плане	Количество ЭП,шт.	Рном,кВт
Сварочные преобразователи	1,4	2	22
Сварочный полуавтомат	2	1	18
Вентиляционные установки	3,9,13,16,41	5	9
Сварочные выпрямители	5…7	3	12,2
Токарные станки импульсной наплавки	8,10	2	10,5
Сварочные агрегаты	11,12,14,15	4	8,1
Кондиционеры	17,21,44,46	4	12
Электропечи сопротивления	18…20	3	75
Слиткообдирочные станки	22…26,28	6	6,5
Сверлильные станки	27,35,37…39	5	2,2
Кран-балка	29	1	10
Конвейеры ленточные	30,34	2	3
Обдирно-шлифовальные станки	31…33,36	4	4
Сварочный стенд	40	1	8,7
Сварочные трансформаторы	42,43	2	32 кВА
Электроталь	45	1	3,5

 

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

 

                                       

,                           (1.1)

Здесь Pном – Приведенная к длительному режиму мощность;

Sn - паспортная мощность;

ПВ – продолжительность включения, о.е.

 

 кВт

   кВА

 кВт

 

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 tgφi по [1,табл.1.5.1].

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

 

,     (1.2)

     (1.3)

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

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

 

                  (1.4)

     (1.5)

Здесь Pном ∑ - суммарная номинальная мощность электроприемников всех электроприемников цеха, кВт.

Эффективное число электроприемников находится по формуле:

,                 (1,6)

 

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:

 

,     (1.7)

               (1.8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       Таблица 1.2.

Расчет электрических нагрузок для трансформаторов КТП

Исходные данные						Средняя мощность группы ЭП		nэ	Кр	Расчетная мощность
По заданию				По справочным данным		Pср, кВт	Qср, кВАр			Рр,кВт	Qр, кВАр
Наименование электроприемника	Кол-во ЭП nф	Номинальная мощность, кВт		Ки	tgj
		одного ЭП	общая
Сварочные преобразователи	2	22	44	0,3	1,3	13,2	17,16
Сварочный полуавтомат	1	18	18	0,35	1,17	6,3	7,371
Вентиляционные установки	5	9	45	0,65	0,75	29,25	21,9375
Сварочные выпрямители	3	12,2	36,6	0,25	1,3	9,15	11,895
Токарные станки импульсной наплавки	2	10,5	21	0,14	1,73	2,94	5,0862
Сварочные агрегаты	4	8,1	32,4	0,25	1,3	8,1	10,53
Кондиционеры	4	12	48	0,7	1,73	33,6	58,128
Электропечи сопротивления	3	75	225	0,7	0,3	157,5	47,25
Слиткообдирочные станки	6	6,5	39	0,14	1,73	5,46	9,4458
Сверлильные станки	5	2,2	11	0,14	1,73	1,54	2,6642
Кран-балка	1	3,87	3,87	0,1	0,62	0,387	0,23994
Конвейеры ленточные	2	3	6	0,55	1	3,3	3,3
Обдирно-шлифовальные станки	4	4	16	0,14	1,73	2,24	3,8752
Сварочный стенд	1	8,7	8,7	0,25	1,3	2,175	2,8275
Сварочные трансформаторы	2	5,76	11,52	0,25	1,73	2,88	4,9824
Электроталь	1	1,75	1,75	0,05	0,62	0,0435	0,02697
Итого	46		566,96	0,5	1,54	278,0655	206,7197	3	1,41	392,0724	291,4748

 

 

2.РАСЧЕТ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ

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

 

Pр.о.= Руст ∙ Кс ∙ КПРА,          (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=8м, Нв=4м – заданными высотами цеха и вспомогательных помещений;

hc= 2м - 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 λ=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 λ=1. Для освещения вспомогательных помещений выбраны светильники ЛПО 12-2х40-904 с люминесцентными лампами ЛБ, для которых λ=0,9.

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

 

,     (2.2)

 

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

 

      (2.3) 

  

     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:

    

(2.4)

 

Где Ф – световой поток одного светильника, лм;

Ен – нормированная минимальная освещенность, лк;

Кзап = 1,5 – коэффициент запаса;

S – площадь помещения, m2;

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

ŋ- 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  =300лк [4,c.94-100.]

Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i:

   (2.5)

 

 

 
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 –ŋ= 90%.

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

 лм

 

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

 

Индекс помещений для сварочного поста-1:

 

                       [4,табл.5.11].

 

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:

 

(2.6)

 

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

 

 

Суммарная длина N светильников ЛПО12-2х40-904

        (2.7)

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:

Nл =54

                                                                                                     Таблица 2.1.

 

Расчет числа светильников для помещений цеха

Помещение	Ен, лк	h, м	А, м	В, м	n	i	η, о.е.	Ф, лм	N
Механическое отделение	300	5	48	30		3,69	0,9	23000	36
Термическое отделение		2,34	18	8	1	2,36	0,54	12000	10
Отделение импульсной наплавки			24	6	1	2,05	0,54	6666	18
Сварочный пост-1			6	8	1	1,46	0,54	6666	6
Сварочный пост-2			6	8	2	1,46	0,54	10000	4
Сварочный пост-3			4	6	2	1,02	0,54	10000	2
Сварочный пост-4			4	6	2	1,02	0,54	10000	2
Склад	75		8	9,5	1	1,85	0,58	3685	4