Электроснабжение цеха

       Содержание

 

Введение

 

    Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

    В настоящее время большинство  потребителей получает электроэнергию от энергосистем.

    По  мере развития электропотребления усложняются  системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные  сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.

    На  пути от источника питания до электроприёмников на современных промышленных предприятиях электрическая энергия, как правило, трансформируется один или несколько раз. В зависимости от места расположения в схеме электроснабжения трансформаторные подстанции называют главными понизительными подстанциями или цеховыми трансформаторными подстанциями.

    Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

• обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
• быть удобными и безопасными в эксплуатации;
• иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);
• иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа

    Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей

трёхфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

       Главной проблемой в ближайшем будущем  явится создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий, которое связано со следующим:

• выбором и применением рационального числа трансформаций (оптимальный вариант числа трансформаций – две-три);
• выбором и применением рациональных напряжений (в системах электроснабжения промышленных предприятий даёт значительную экономию в потерях электроэнергии);
• правильным выбором места размещения цеховых и главных распределительных (понизительных) подстанций (обеспечивает минимальные годовые приведённые затраты);
• дальнейшим совершенствованием методики определения электрических нагрузок (способствует решению общей задачи оптимизации  построения систем внутризаводского электроснабжения);
• рациональным выбором числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения и их параметров, что ведёт к сокращению потерь электроэнергии и повышению надёжности;
• принципиально новой постановкой для решения таких задач, как, например, симметрирование (выравнивание) электрических нагрузок.

 

1 Краткая характеристика  электроприемников  цеха

 

       Большинство электроприёмников цеха относится  к приёмникам трёхфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц (станки, печи, вентиляторы, кран). Сварочный трансформатор переменного тока представляет собой однофазную нагрузку и работает на промышленной частоте 50 Гц.

       По  режиму работы различают характерные  группы приёмников:

       1) приёмники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами данной группы приёмников являются электродвигатели вентиляторов, нагревательные печи, сушильные шкафы. Станки работают длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отклонениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

       2) приёмники, работающие в режиме  повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные  рабочие периоды машины или  аппарата чередуются с кратковременными  периодами отключения. Повторно-кратковременный  режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения и длительностью цикла. В повторно-кратковременном  режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причём превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приёмников являются электродвигатель крана, сварочные аппараты.

       По  требуемой степени бесперебойности  питания электроприёмники относятся  ко 2 и 3 категориям.

       Наибольшее  число приёмников составляют электродвигатели станков, мощность которых достаточно разнообразна. Напряжение сети 380 В  с частотой

50 Гц. Коэффициент мощности высокий.

       Электрические печи  - электротермические установки, преобразующие электрическую энергию в тепловую. Питание печей осуществляется током промышленной частоты напряжением 380 В. Нагрузка постоянная или мало меняющаяся. Печи и сушильные шкафы мощностью 7,5 – 70 кВт относятся к потребителям малой и средней мощности.

       Двигатели вентиляторов работают в продолжительном режиме работы. Нагрузка равномерная и симметричная по трём фазам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Питание производится током промышленной частоты. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьёзное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования.

       Мостовой  кран – подъёмно транспортное устройство, работающее в повторно-кратковременном  режиме. Для этого устройства характерны частые толчки нагрузки.

         Для преобразования трёхфазного переменного тока в однофазный служит преобразовательный агрегат. Перерыв в его питании не приводит к тяжёлым авариям с повреждением основного оборудования и может быть допущен на несколько минут.

       Электросварочные установки переменного тока работают на промышленной частоте 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки. Сварочные трансформаторы характеризуются низким коэффициентом мощности и частыми перемещениями в питающей сети.

       Окружающая  среда в цехе нормальная, расположение приёмников в цехе стационарное, нагрузка неравномерная.

 

2 Выбор и обоснование схемы электроснабжения

 

    Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

• обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
• быть удобными и безопасными в эксплуатации;
• иметь оптимальные технико-экономические показатели;
• иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

    Схемы цеховых сетей делят на магистральные  и радиальные.

    Линию цеховой электрической сети, отходящую  от распределительного устройства низшего  напряжения цеховой ТП и предназначенную  для питания отдельных наиболее мощных приёмников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоединений. Широко применяют магистральные схемы типа блока трансформатор-магистраль. В такой схеме отсутствует РУ низшего напряжения на цеховой подстанции, а магистраль подключается непосредственно к цеховому трансформатору через вводной автоматический выключатель. При двухтрансформаторной подстанции и схеме блока трансформатор-магистраль между магистралями для взаимного резервирования устанавливают перемычку с автоматическим выключателем.

      Распределительные магистрали предназначены  для питания приёмников малой  и средней мощности, равномерно  распределённых вдоль линий магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630 А.

      Магистральные схемы обеспечивают  высокую надёжность электроснабжения, обладают универсальностью и  гибкостью (позволяют заменить технологическое оборудование без особых изменений электрической сети).

    Радиальная  схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой  электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных  для питания небольших групп приёмников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют для наиболее ответственных с точки зрения бесперебойности электроснабжения потребителей и в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы. Радиальные схемы обеспечивают высокую надёжность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы. 

      Для цеха принимается схема с двумя  распределительными магистралями, питающими приёмники малой и средней мощности, распределённые вдоль линий магистрали. Схема выполняется с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА, изготовленных в виде отдельных секций. Отдельные приёмники подключаются к ШРА через ответвительные коробки кабелем.

          Подключение электроприёмников к РП осуществляется проводом

      Магистральная схема по сравнению с радиальной имеет следующие преимущества и  недостатки:

      а) надежность магистральной схемы  ниже, чем радиальной, так как  при повреждении магистрали все ее потребители выходят из строя;

      б) в магистральных сетях выше токи КЗ, но меньше потери напряжения и мощности;

      в) стоимость магистральных сетей  обычно ниже стоимости радиальных за счет уменьшения количества используемой аппаратуры и меньшей стоимости монтажа.

 

3 Расчёт  электрических нагрузок  цеха

3.1 Расчет электрических  нагрузок трехфазных  электроприемников

 

    Расчёт  электрических нагрузок цеха производится методом упорядоченных диаграмм с применением коэффициента расчётной  нагрузки. Предварительно приводится номинальная мощность приёмников с повторно-кратковременным режимом работы к ПВ-100%. Это относится к сварочному оборудованию (преобразовательный агрегат, сварочный трансформатор), для них номинальная мощность рассчитывается по формуле:

                                     P_Н = S_ПАСП ·

· cos φ           (1)

    Рассматривается подробный расчет электрических  нагрузок одного из узлов  питания.

    Определяется  расчетная нагрузка РП2.

    К нему присоединены электроприемники со следующими порядковыми номерами и параметрами.

       Таблица 1 - Характеристики электроприемников

№ п/п	Наименование электроприемников	n	Номинальная мощность  электроприемников, кВт	Ки	cosj
3	Преобразовательный  агрегат	3	7,34	0,4	0,58
16	Сварочный трансформатор	2	20,64	0,4	0,68
17	Трансформатор сварочный ТСД однофазный	3	36,6

    Значения  коэффициента использования К_и берется из /1,41/.

    Дальнейшие  расчеты сводятся в таблицу 2. Рассматривается  заполнение отдельных ее граф.

    Группируются  электроприемники с одинаковыми коэффициентом использования и cosφ и полученные группы заносятся в графу 1 таблицы 2.

    В графу 2 таблицы записывается количество электроприемников для групп  и узла питания.

    В графу 3 для групп приемников и  узла питания заносятся номинальные  максимальные и минимальные мощности электроприемников.

    В графу 4 для групп приемников и  узла питания заносятся суммарная  номинальная мощность.

    В графу 5 записывается модуль сборки m для узла питания. Модуль сборки определяется по формуле:

                                                        

                                                        (2)

       

       m < 3.