Расчет и проектирование электроснабжения завода

Введение

 

         Электричество, совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел или частиц.

В настоящее время  нельзя представить себе жизнь и  деятельность современного человека без  применения электричества. Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли народного хозяйства и в быт людей. Основное достоинство электрической энергии - относительная простота производства, передачи, дробления и преобразования.

В системе электроснабжения объектов можно выделить три вида электроустановок: по производству электроэнергии - электрические станции; по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии и подстанции; приемники электроэнергии.

Целью курсового проекта  является электроснабжение завода. В состав завода входят: сварочный, металлургический, механический, сборочный цеха, технологический корпус, заводоуправление, котельная и склад. В сварочном цеху расположено три распределительных шкафа и один щит освещения. Ко второму распределительному шкафу подключено большее количество электроприемников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определение расчетной нагрузки цеха

 

          Расчет выполняется для правильного выбора всех элементов сети, необходимо рассчитать максимальную мощность, то есть мощность, потребляемая цехом или участком в наиболее загруженную смену. Расчет начинают с определения сменной мощности каждого электроприемника. Расчет нагрузок каждого распределительного шкафа ведем методом коэффициента максимума.

   Данный цех является механическим. В нем  имеется три шкафа распределения (ШР1,ШР2,ШР3) и щит освещения (ЩО). По сравнению с остальными цехами завода, сварочный цех является приблизительно средним по мощности.

 

1. Расчет нагрузки шкафа распределения ШР1

 

      Определяем сменную мощность каждого электроприёмника по формуле 1 и заносим данные в таблицу 1:

Р_см = Р_ном · К_и ,     (1)

где    Р_см – сменная мощность, кВт

         Р_ном – номинальная мощность, кВт

         K_и – коэффициент использования.

Значение коэффициента использования выбираются по таблице 2.11 в зависимости от типа оборудования.

Р_см1 = 19,2 · 0,2 = 3,84 кВт

Определяем  сумму сменных мощностей с  учётом количества электроприёмников  по формуле 2 и заносим в таблицу 1:

Σ_Рсм = Р_см1 · n₁ + Р_см2 · n₂ + Р_см3 · n₃ + Р_см4 · n₄ ,  (2)

ΣР_см =3,84 · 2 + 6,12 · 5 + 6,3 · 2 + 4,31 · 8 = 85,36 кВт

Определяем  сумму номинальных мощностей  с учётом количества электроприёмников по формуле 3:                                                                                                                                                                                                          ΣР_ном = Р_ном1 · n₁ + Р_ном2 · n₂ + Р_ном3 · n₃ + Р_ном4 · n₄,  (3)

ΣР_ном = 19 · 2 + 17,5 · 5 + 18 · 2 + 12,3 · 8 = 260,3 кВт

Средний коэффициент использования для ЭП, подключенных к каждому РШ, определяем по формуле 4:

,  (4)

где ΣР_см - сумма сменных мощностей, кВт;

  ΣР_ном - сумму номинальных мощностей, кВт.

= 0,33 (>0,2)

Определяем  модуль силовой сборки по формуле 5:

,   (5)

где    Р_{ном макс} – номинальная мощность набольших электроприемников, кВт;

Р_{ном мин} – номинальная мощность наименьших электроприемников, кВт;

 = 1,6 (<3)

Выбираем вариант  расчёта эффективного числа ЭП n_э.

n ≥ 5; к_{и ср} > 0,2; m < 3; Р_ном≠const    Вариант 3

Эффективное число  ЭП определяем по формуле 6:

n_э = n,  (6)

где    n_э -  эффективное число ЭП;

        n -  фактическое число ЭП.

В максимально  загруженную смену работает 17 станков.

В зависимости  от среднего коэффициента использования к_{и ср} и эффективного числа ЭП n_э  по таблице [2.13] определяем  коэффициент максимума к_макс .

к_макс. = 1,35

Определяем активную мощность в максимально загруженную смену  по формуле 7:

Р_макс = к_макс · ΣР_см,        (7)

где     Р_макс – активную мощность в максимально загруженную смену, кВт;

          к_макс – коэффициент максимума;

          Р_ном – номинальная мощность отдельных ЭП, входящих в группу, кВт.

Р_макс = 1,35 · 260,3 = 115,24 кВт

Определяем  реактивную мощность по формуле 8 и заносим полученные данные

в таблицу 1:

Q_см = Р_см · tgφ,  (8)

где     Q_см – сменная реактивная мощность отдельных ЭП, кВАр;

          tgφ – тангенс угла, соответствующего коэффициенту мощности.

Q_см1 = 3,84 · 2,3 = 8,8 кВАр

Определяем сумму реактивных мощностей с учётом количества электроприёмников по формуле 9:

ΣQ_см = Q_см1 · n₁ + Q_см2 · n₂ + Q_см3 · n₃ + Q_см4 · n₄ ,    (9)

ΣQ_см = 8,8 · 2 + 6,24 · 5 + 6,43 · 2 + 7,47 · 8 = 121,4 кВАр

Определяем  реактивную мощность в максимально  загруженную смену 

по формуле 10:

Q_макс = ΣQ_см,         если n > 10    (10)

где       Q_макс – реактивная мощность в максимально загруженную смену, кВАр;

            ΣQ_см – сменная реактивная мощность отдельных ЭП, входящих

в группу, кВАр.

Q_макс = 121,4 кВАр

Определяем полную мощность в максимально загруженную смену по

формуле 11:

Ѕ_макс = √(Р_макс² + Q_макс²),    (11)

где    Ѕ_макс – полная мощность в максимально загруженную смену, кВА;

Р_макс - активная мощность в максимально загруженную смену, кВт;

         Q_макс - реактивная мощность в максимально загруженную смену, кВАр.

Ѕ_макс = √(115,3² + 121,4² ) = 167,4 кВА

Определяем расчетный ток в максимально загруженную смену по формуле 12:

,      (12)

где     Ѕ_макс - полная мощность в максимально загруженную смену, кВА;

          U_ном – номинальное напряжение, кВ.

= 262,8 А

2. Расчет нагрузки шкафа распределения ШР2

 

Мощности определяем по формулам 1 и 8, а данные заносим  в таблицу1.

Средний коэффициент  использования для ЭП, подключенных к каждому РШ, определяем по формуле 4:

= 0,46 (>0,2)

Определяем  модуль силовой сборки по формуле 5:

= 10  

Выбираем вариант  расчёта эффективного числа ЭП n_э.

n ≥5; К_{и ср} ≥ 0,2; Р_ном≠const; m > 3       Вариант 5

Эффективное число ЭП определяем по формуле 13:

,   (13)

 

где   Р_ном - номинальная мощность каждого ЭП, кВт;

         Р_{ном макс} – максимальная номинальная мощность  ЭП, кВт.

= 4,16 ≈ 4

В максимально  загруженную смену работает 18 станков.

В зависимости  от среднего коэффициента использования К_{и ср} и эффективного

числа ЭП п_э по таблице 2.13 определяем  коэффициент максимума к_макс.

к_макс = 2,14

Определяем активную мощность в максимально загруженную смену  по формуле 7:

Р_макс = 2,14 · 56,52 = 120,95 кВт

Определяем реактивную мощность в максимально загруженную смену 

по формуле 10:

Q_макс = 35,8 кВАр

Определяем полную мощность в максимально загруженную смену

по формуле 11:

Ѕ_макс = √(120,95² + 35,8²) = 126,1 кВА  

Определяем расчетный ток в максимально загруженную смену по формуле 12:

=182,01 А

3. Расчет нагрузки шкафа распределения ШР3

 

Мощности определяем по формулам 1 и 8, а данные заносим  в таблицу1.

Средний коэффициент использования для ЭП, подключенных к каждому РШ, определяем по формуле 4:

= 0,31 (>0,2)

Определяем модуль силовой  сборки по формуле 5:

= 2,2 (<3)

Так как n < 4; Р_ном≠const расчет выполняется по следующему варианту:

n < 4; К_{и ср} > 0,2; m < 3; Р_ном≠const          Вариант 4

Эффективное число электроприёмников n_э не определяется, максимальная

потребляемая  активная мощность рассчитывается по формуле 14:

Р_макс = ∑к_з ∙ Р_ном,  (14)

где    Р_ном - номинальная мощность каждого ЭП, кВт;

         К_з – коэффициент загрузки.

Для электроприемников  работающих в повторно-кратковременном  режиме

к_з = 0,75.

Р_макс = 0,75·16 + 1·7 = 19 кВт

Определяем реактивную мощность в максимально загруженную смену

по формуле 15:

Q_макс = 1,1 ∙ ΣQ_см,              если n <10   (15)

Q_макс = 1,1 · 14,47 = 15,9 кВАр

Определяем полную мощность в максимально загруженную смену

по формуле 11:

Ѕ_макс = √(19² + 15,9² ) = 24,8 кВА

Определяем расчетный ток в максимально загруженную смену по формуле 12:

= 35,8 А

4. Расчет нагрузки щита освещения ЩО

 

Определяем сменную мощность каждого электроприемника по формуле 1,

данные заносим в таблицу 1.

Определяем  реактивную мощность по формуле 8, данные заносим в таблицу 1.

Определяем полную мощность по формуле 11:

Ѕ= √(66,5² + 21,9² )= 70,01 кВА

Определяем расчетный ток в максимально загруженную смену

по формуле 12:

= 101,05 А

5. Расчет нагрузки цеха

 

Определяем активную мощность цеха в максимально загруженную смену

по формуле 16:

Pц =∑ Р_макс ,   (16)

где    ∑ Р_макс –активная мощность в максимально загруженную смену, кВт.

Pц = 115,3 + 120,95 + 19 = 255,2 кВт

Определяем реактивную мощность цеха в максимально загруженную  смену по формуле 17:

Qц = ∑ Qмакс ,  (17)

где    ∑ Q_макс –реактивная мощность в максимально загруженную смену, кВт.

Q_ц = 121,4 + 35,8 + 15,9 + 212,94 = 386,04 кВт

Определяем полную мощность цеха по формуле 11:

Ѕ= √(255,2² + 747,5² )= 462,8 кВА

Определяем расчетный ток цеха по формуле 18:

I_ц = ∑I_макс ,   (18)

где    I_макс – расчетный ток в максимально загруженную смену, А.

I_ц = 241,6 + 35,8 + 182,01 + 101,05 = 742,5 А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 –  Расчет сменной мощности

Наименование		Рном, кВА	N	Ки	Cosφ	Pном	Рсм	Qсм	tgφ
	Шкаф распределения  ШР1
1 Сварочн. трансф. ПВ=60%		48	2	0,2	0,4	19,2	3,84	8,79	2,3
2 Сварочн. преобр. ПВ=40%		25	5	0,2-0,5	0,7	17,5	6,12	6,24	1,02
3 Сварочный полуавтомат		18	2	0,2-0,5	0,7	18	6,3	6,43	1,02
4 Автомат дуговой сварки		12,3	8	0,35	0,5	12,3	4,31	7,47	1,73
Итого по ШР1		-	17	-	-	260,3	85,36	121,4	-
	Шкаф распределения ШР2
1 Слиткообдирный станок		4	2	0,17	0,65	4	0,68	0,8	1,17
2 Слиткообдирный станок		6,5	6	0,17	0,65	6	1,11	1,03	1,17
3 Сверлильный станок		4,2	2	0,16	0,5	4,2	0,67	1,02	1,73
4 Сверлильный станок		1,5	4	0,16	0,5	1,5	0,24	2,3	1,73
5 Печь сопротивлений		15	4	0,7-0,8	0,95	15	11,55	3,8	0,33
Итого по ШР2		-	18	-	-	121,4	56,52	35,84	-
	Шкаф распределения  ШР3
1 Кран, ПВ=60%		12+2,8+1,2	1	0,1	0,5	16	1,6	2,77	1,73
2 Транспортер		7	2	0,35	0,7	7	3,85	5,85	1,02
Итого по ШР3		-	3	-	-	30	9,3	14,47	-
	Щит освещения ЩО
Освещение		70	-	-	0,95	70	66,5	21,8	-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор силовых сетей  и коммутационной аппаратуры цеха

 

В этой части необходимо выбрать кабели и автоматические выключатели. Электроснабжение цеха выполнено по магистральной схеме, так как расположение распределительных шкафов позволяет использовать эту схему. Так как питание цеха выполняем по схеме трансформатор-магистраль, то и распределительный шкаф к щиткам освещения устанавливаем сразу за трансформатором. Схема электроснабжения шкафов распределения приведена на рисунке 1.

Для защиты используем автоматические выключатели, так как у аппаратуры тяжелые условия работы и по результатам  расчета кратковременного тока приходится увеличивать сечение проводов, что  не целесообразно. При выборе выключателей следует соблюдать селективность, т.е. номинальный ток каждого автомата не должен уменьшаться по мере приближения к пункту питания.

  Сечения проводов и кабелей выбирают по допустимому нагреву. Величина тока, при котором температура провода или кабеля не превысит допустимой называется предельно допустимой величиной тока по нагреву (I_доп).

  Величина предельно допустимого тока зависит от материала и сечения проводника, температуры окружающей среды, способа прокладки и материала изоляции. Эти величины приводятся в таблицах.

   При выборе  силовых сетей следует также  учитывать то, что в помещении  цеха кабели прокладывают открыто. 

            

                     

            Рисунок 1 – Схема электроснабжения цеха.

2.1  Выбор провода и автоматического выключателя QF1 для ШР1

 

Определяем длительный ток в максимально загруженную  смену, он соответствует расчетному току в максимально загруженную смену и рассчитан по формуле 12:

I_дл = 241,6 А

Определяем номинальный  ток расцепителя по отношению по формуле 19:

I_ном ³ I_дл ,  (19)

где   I_ном  - номинальный ток расцепителя, А;

  I_дл  - длительный ток в максимально загруженную смену, А.

250 А > 241,6 А

Выбираем автоматический выключатель типа ВА 51-35 с номинальным

током расцепителя I_ном = 250 А и током срабатывания I_ср = 2500 А.

Кратковременные токи не определяем, так как нет электроприемников с пусковыми токами.

Выбираем провод с медными жилами проложенный в воздухе с номинальным током I=260А и сечением  S = 95мм²

            2.2  Выбор провода и автоматического выключателя QF2 для ШР2

 

Определяем длительный ток в максимально загруженную  смену 

по формуле 12:

I_дл = 182,01 А

Максимальный и кратковременный токи не определяем.