Расчет и проектирование схем электроснабжения

Определим средневзвешенное значение коэффициента использования:

(20)

Определим tg_{CP УЗ1:}

(21)

Эффективное число электроприемников n_э в группе:

n_э =n (22)

n_э =4

По таблице определяем коэффициент активной мощности К_Р =2,35

Определяем расчетную мощность узла нагрузки:

(23)

Расчетная реактивная нагрузка:

(24)

Расчетная узловая мощность

(25)

Расчетный ток узла:

(26)

А

Аналогично проводим расчеты для остальных узлов. Результаты расчетов сведем в таблицу 6.

Таблица 7 - Расчет электрических нагрузок

Далее выбираем токоведущие части и защитную аппаратуру для найденных узлов. Расчет аналогичен расчету проводов для электроприемников.

Таблица 8- Токоведущие части для каждого узла.

Производим выбор автоматических выключателей.

Приведем расчет для первого узла. Остальные расчеты сводим в таблицу 8.

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

где - номинальное напряжение автомата, В;

- напряжение сети, В;

- номинальный ток автомата, А;

- номинальный ток расцепителя, А;

- максимальный ток в линии на группу ЭД, А;

- кратность отсечки

- ток отсечки, А;

- пиковый ток, А;

- пусковой ток наибольшего по мощности ЭД, А;

- номинальный ток запускаемого ЭД, А;

- коэффициент использования запускаемого ЭД, А.

Проведем выбор автомата для узла 1

; А. Выбираем автоматический выключатель ВА-53-41 с = 1000 А, =867,306 А.

Аналогично расчет ведется для оставшихся узлов. Результаты сведем в таблицу 8.

Таблица 9 - Выбор автоматических выключателей по узлам

2.4 Расчёт освещения

Электрическая часть проекта включает в себя выбор схемы питания осветительной установки, определяют качественные характеристики осветительных установок, сечения и марки проводов.

В цехе предусматривается следующие напряжения сети:

- рабочее, напряжение сети 380/220 В;

- аварийное, напряжение сети 380/220 В;

- ремонтное, напряжение сети 36 В.

Определяем отношение длины помещения А к ширине В, А/В:

а) если А/В<2,5, то при определении удельной мощности следует пользоваться удельной площадью помещения S=AxB

б) если А/В>2,5, то при определении удельной мощности следует пользоваться удельной площадью помещения

А/В=180/24=7,5;

Выбрана лампа РСП-08

Е=300 Лк;

К_з=1,5;

h=8 м, z=1,1;

По таблице определяем удельную мощность освещения w=13,8 с учётом нормируемой освещённости. Е.

Определяем полную расчётную мощность освещения, по формуле:

; (33)

Определяем количество светильников по формуле:

(34)

где - мощность одной лампы, Вт.

Выполним расчёт аварийного освещения.

Аварийное освещение выполняется светильниками с лампами накаливания,

, (35)

Количество светильников

Рассчитываем установленную мощность:

рабочее освещение 40·400=16000 Вт

аварийное освещение 10·100=1000 Вт

Принимаем количество рядов рабочего освещения равным 3, где в первом ряду 13 светильников, во втором 13 светильников, в третьем ряду 14 светильников. Для аварийного принимаем количество рядов равное двум, где в первом ряду 4 светильника, во втором 4 светильника.

Для групповой сети устанавливаем в цехе осветительный щит рабочего и аварийного освещения которые запитываются от РУ - 0.4 кВ.

Определим питающий кабель по расчётному току нагрузки:

, (36)

рабочее:

аварийное:

Выбираем питающий кабель групповой линии распределив светильники по фазам:

рабочее освещение: ВВГ (4x6)

аварийное освещение ВВГ (4x2,5)

Определяем мощность каждой фазы по формуле:

()

Где n - количество светильников в фазе, шт.

Ряд 1:

Ряд 2:

Ряд 3:

Определим ток каждой фазы по формуле:

,()

=220 В

Аварийное освещение.

Определяем количество светильников в фазах:

Определяем мощность каждой фазы:

Ряд 1:

Ряд 2:

Определим ток каждой фазы:

Выбираем шкафы освещения.

Щитки освещения серии М3 предназначены для приёма и распределения электрической энергии и защиты от перегрузок и токов короткого замыкания групповых линий в сетях напряжением 380/220 В переменного тока частотой 50 Гц.

Щитки предназначены для внутренней установки в промышленных и общественных зданиях.

По расчётному току выбираем щитки освещения:

ОЩ12-УХЛ4, номинальный ток 25 А,

ОЩ12-УХЛ4, номинальный ток 16 А.

Распределительная схема рабочего освещения.

Рис. 1

Таблица 10 - Распределение рабочих светильников

Рис. 2

Распределительная схема аварийного освещения:

Таблица 11 - Распределение аварийных светильников

Проверка сети освещения по потере напряжения.

Расчёт потери напряжения в групповой питающей сети.

, (37)

где =3,09 - активное сопротивление питающей линии,

=0,1- реактивное сопротивление питающей линии.

Сравниваем потери напряжения с табличными:

=1,55%?=3,2%, данное условие выполняется.

Компенсация реактивной мощности осветительных установок.

Коэффициент мощности ДРЛ равен 0,5, следовательно tg??=1.73.

Полная мощность освещения без компенсации реактивной мощности:

,(38)

=17 кВт

=• tg??=17•1,73=29,41 кВАр (39)

=кВА

Определяем ток групповой линии:

(40)

(41)

Полная мощность освещения с учётом компенсации реактивной мощности:

42()

(43)

Тогда полная мощность будет равна:

(44)

=27,37 А< =39 А, выбираем АПВ 4(1x10) провод которым запитывается шкаф.

Данный расчёт соответствует условию, а следовательно осветительная сеть спроектирована согласно требованиям РД, ГОСТ и СНиП .

2.5 Компенсация реактивной мощности с выбором БК и определение мест их установки

Работа машин и аппаратов переменного тока, основанная на принципе электромагнитной индукции, сопровождается процессом непрерывного изменения магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассеяния. Поэтому подводимый к ним поток мощности должен содержать не только активную составляющую Р, но и реактивную составляющую индуктивного характера Q, необходимую для создания магнитных полей, без которых процессы преобразования энергии, рода тока и напряжения невозможны.

Технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению потребляемой реактивной мощности, которые можно разделить на две группы:

1) снижение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

2) применение компенсирующих устройств.

Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных вложений.

Мероприятия второй группы по уменьшению передачи реактивной мощности предприятиями от энергосистемы предусматривают установку специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления. Примером КУ может быть конденсаторная батарея, подключаемая параллельно активно-индуктивной нагрузке (КБ), например асинхронному двигателю.

Основанной недостаток конденсаторов - при понижении напряжения в сети они снижают выдачу реактивной мощности пропорционально квадрату напряжения, в то время как требуется ее повышение. Регулирование мощности конденсаторной батареи осуществляется только ступенями, а не плавно и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры чувствительность к искажениям формы кривой подводимого напряжения.

Определим сумму средних нагрузок ЭП:

Определим коэффициент мощности и мощность компенсирующего устройства

cos=0,5 (45)

Мощность КУ:

(46)

=0,35 экономически эффективное значение

Выбираем 1 конденсаторную установку типа УКБ-0,38-150 мощностью 150 кВАр каждая. Определим фактическое значение и cos после компенсации реактивной мощности

cos=0,94 (47)

Определяем места присоединения конденсаторных установок.

Рис. 3

(48)

кВАр - верно

Исходя из этого устанавливаем конденсаторную установку КУ1 в месте подключения узла У3.

2.6 Технико-экономическое обоснование выбора типа числа и мощности трансформаторов и подстанций

Определяем максимальную нагрузку трансформатора

кВА (49) (50)

(51) (52) (53)

Произведем технико-экономический расчет трансформаторов.

Таблица 12 - Технический расчет трансформаторов

Экономический расчет

Таким образом, принята однотрансформаторная подстанция с трансформаторами ТМ-250/6. Суммарные приведенные затраты равны 44,1 тыс.руб.

Таблица 13 - Технические данные трансформатора

Трансформаторы серии ТМ - трехфазные, масляные с регулированием напряжения без возбуждения, предназначены для преобразования электроэнергии при питании энергообьектов и электорустановок промышленных предприятий, жилых и общественных зданий с/х объектов от сети класса напряжения 6 кВ, частотой 50 Гц. Рассчитаны на безотказную работу в течении длительного времени, надежны и удобны в эксплуатации.

Определение места установки трансформаторной подстанции.

Определение центра электрических нагрузок необходимо для нахождения наиболее оптимального места расположения трансформаторной подстанции с наименьшими затратами проводов и питающих кабелей.

Поскольку ТП находится на территории цеха, нет необходимости определять центр электрических нагрузок.

Проверка питающих кабелей (шинопроводов) на потерю напряжения.

Выбранные по длительно допустимому току проводники должны быть проверены на потерю напряжения. Согласно ГОСТ 109-97, допускается отклонение напряжения для электропотребителей промышленных предприятий до 10%.

Потерю напряжения определяем для проводов питающих узлы по следующей формуле:

; (54)

где, - удельное активное сопротивление единицы длинны i - участка кабельной линии Ом/км;

- удельное индуктивное сопротивление единицы длинны i - участка кабельной линии Ом/км;

- ток нагрузки i - участка (расчётный ток узла), А;

- длинна участков в км;

Соs - коэффициент мощности нагрузки в конце линии;

U_Li - потери напряжения на i - м участке линии, %;

U_КЛ - потери напряжения на i - м участке кабельной линии, %;

U_ПР - потери напряжения на i - м участке линии с проводом, %;

Данные для расчёта сведём в таблицу 14.

Таблица 14 - Расчет потерь напряжения в питающих кабелях

Определяем потерю напряжения в трансформаторе.

; (ф.4.17.л.2)(55)

где, - потери напряжения в трансформаторе %;

- активные и реактивные составляющие короткого замыкания трансформатора %;

; (56)

где, - напряжение короткого замыкания %;

; (ф.4.20.л.2)(57)

;

Определим суммарные потери напряжения в линиях и сравним их с допустимыми потерями 10%:

У1: 1,31+2,96=4,27<10%

У2: 0,44+2,96=3,4<10%

У3: 1,02+2,96=3,98<10%

У4: 0,007+3,96=3,967?10%

У5: 0,011+3,96=3,97?10%

2.7 Выбор и расчёт питающих и распределительных сетей выше 1000 В

Расчет питающих линий напряжением свыше 1 кВ проводится для того, чтобы выбрать и проверить кабель, запитывающий цеховую трансформаторную подстанцию.

Технический расчёт

Таблица 15 - Технико-экономический расчёт по выбору питающего кабеля.

Таблица 15- Экономический расчёт.

Выбранный кабель осуществляет питание трансформаторной подстанции. Приняли кабель ААШв 3х16 - кабель с алюминиевыми жилами с пропитанной бумажной изоляцией, со свинцовой оболочкой, ленточная броня, наружный покров; проложен в траншее.

2.8 Компоновка цеховой подстанции

Выбор шкафа высокого ввода

(58)

Выбрана ячейка КСО типа КСО386-040611 с номинальным током 20А.

Состоит из выключателя ВНП-10/630-20зп,

предохранителя ПКЭ106-6-20-40.

Рис.4 КСО 386-040611

Выбор шкафа низкого ввода

Выбрана вводная панель типа КСО 386-0310060

Вводная панель типа КСО 386-0310060 (рис.5) состоит из выключателя

ВНП-10/630-203

Рис.5 КСО 386-0310060

Выбор линейных панелей

У1:133,7. А

У2:100,9 А

У3:33,22 А

Выбрана линейная панель типа ЩО70-1-17УЗ (1х400)

Линейная панель ЩО70-1-17УЗ (рис.6) состоит из разъединителя РЗВ- 0,4/400, трансформатора тока ТПЛ-0,4-400/5УЗ, автоматического выключателя ВА51-37.

Рис.6 ЩО70-1-17УЗ

У4:84,88 А

У5:108 А

Выбрана линейная панель типа ЩО 70-2-08 (1х250)

Состоит из автоматических выключателей 250А, амперметры 200/5А; разъединители 600А, трансформаторы тока 200/5А

Рис.7 ЩО 70-2-08

2.9 Расчёт токов короткого замыкания

В системе трехфазного переменного тока могут возникнуть непредусмотренные соединения проводников двух или трех фаз между собой или на землю, называемые короткими замыканиями.

Расчетная схема

Рис.8

Расчет токов К.З. в установках выше 1000 В

Принимаем базисные величины:

Мощность =1000 МВА; напряжение

==115 кВ; ток ; (59)

1000/1,73115=5,026 А

Базисные относительные сопротивления цепи К.З.

Системы: ;

Воздушная линия:

; Ом/км, (60)

где 0,08-удельное сопротивление для кабельных линий

, Ом/км, (61)

где 35-сечение жил кабеля, 16-удельная проводимость кабеля.

Трансформатор:

, Ом (62)

Результирующее сопротивление до точки К.З.

Индуктивное: , Ом; (63)

Активное: , ; (64)

Полная: , Ом (65)

Установившийся ток К.З. и периодическая составляющая тока К.З.

, А (66)

Ударный ток К.З.

, кА , где -из графика (67)

Мощность К.З. до точки К1:

, кВА (68)

Расчет токов К.З. на стороне низшего напряжения

Для системы: , А (69)

,Ом (70)

Активное сопротивление:

,Ом (71)

Приведём сопротивление системы к напряжению на низкой стороне:

,Ом; (72)

, Ом; (73)

Для трансформатора Т1

Активное сопротивление:

, мОм; (74)

Индуктивное сопротивление:

, (75)

мОм;

Наносим сопротивления на схему замещения:

Рис.9

Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками К.З. и наносятся на схему.

Переходные сопротивления на ступенях распределения:

Распред. устройства подстанции-Rcт.р1 15 мОм,

Первичные распределительные цеховые пункты-Rст.р2 20 мОм,

Аппаратура управления электроприемников-Rст.3 30 мОм .

1,95+1,95+0,25+0,42+0,25+15=19,82 мОм; (76)

8,11+0,0675+0,1+0,67+0,1=9,05 мОм; (77)

;;;;

; ;

Действующие значения установившегося тока, определяем трёх и двухфазные токи к.з.

(78)

19,82 мОм

9,05 мОм

К1

21,72 мОм

1,01 мОм

К2

33,25 мОм

8,81 мОм

К3

Рис.10

Сведем результаты расчетов в таблицу

Таблица 16 - сводная таблица токов короткого замыкания

Рассчитаем двухфазные токи к.з.

; (79)

Рассчитаем однофазные токи К.З.

; (80)

2.10 Выбор токоведущих частей и электрооборудования подстанции

Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания

Согласно условиям по токам КЗ проверяются автоматический выключатель QF1

- на надежность срабатывания

(81)

Надежность срабатывания обеспечена

- на отключающую способность

(82)

Выключатель отключаясь не разрушается.

QF2

- на надежность срабатывания

(83)

Надежность срабатывания обеспечена

- на отключающую способность

(84)

Выключатель отключаясь не разрушается.

2.11 Заземление

Рассчитать заземляющее устройство в электроустановках с изолированной нейтралью - это значит:

- определить расчетный ток замыкания на землю и сопротивление заземляющего устройства;

- определить расчетное сопротивление грунта;

- выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

- уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане;

Данные для расчета:

- габаритные размеры АхВ=15X20

- высшее напряжение U_ВН = 10 кВ

- длина кабельной линии L_КЛ =600 м

- низкое напряжение U_Н = 6 кВ

- удельное сопротивление грунта p=100 (суглинок)

- климатический район IV

- вертикальный электрод - круглая сталь, d=15 L_B =3 м

- горизонтальный электрод - прут d=12

Вид ЗУ - контурное

Определяется расчетное сопротивление одного вертикального электрода:

(85)

К_СЕЗ (зона IV)=1,3

Определяется предельное сопротивление совмещенного ЗУ

(86)

(87)

Требуемое по НН

Принимаем

Определяем количество вертикальных электродов:

- без учета экранирования (расчетное)

(88)

Принимаем =14

- с учетом экранирования

; Принимаем =22 (89)

Размещается ЗУ на плане и уточняются расстояния, наносятся на план

Длина по периметру

(90)

Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливают по одному вертикальному электроду, а оставшиеся между ними. Для равномерного распределения электродов окончательно принимаем 24

Рис.11

; (91)

где - расстояние между электродами по ширине объекта, м,

- расстояние между электродами по длине объекта, м,

- количество электродов по ширине объекта,

- количество электродов по длине объекта,

Для уточнения принимается среднее значение отношения

(92)

= 0,56

= 0,32

Определяется уточненное значение сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов

(93)

Определяется фактическое сопротивление ЗУ

(94)

Следовательно, ЗУ эффективно.

2.12 Мероприятия по экономии электроэнергии

С целью снижения удельных расходов электрической энергии необходимо в линиях устанавливать производственные агрегаты одинаковой производительности, что позволяет осуществлять их работу в оптимальных условиях и этим заметно снижать расход потребления электрической энергии.

Нормальный эксплуатационный уход за производственными агрегатами, своевременный ремонт их с обеспечением своевременной смазки трущихся частей при строгом контроле за качеством смазочных материалов способствует снижению механических потерь в установленном оборудовании, а следовательно, и экономии электрической энергии.

Профилактические испытания производственных агрегатов с измерением мощности потребления электрической энергии двигателями электроприводов как выходящими после капитального ремонта, так и действующими, позволяют своевременно выявить механические дефекты оборудования и устранить их, что приводит к экономии электрической энергии по соответствующим объектам. Во время профилактических испытаний необходимо систематически измерять сопротивление изоляции обмоток электрооборудования и электрических сетей, а также проводить необходимый ремонт. Значительное снижение удельных расходов электрической энергии достигается заменой устаревшего технологического оборудования новым, модернизацией установленных производственных агрегатов и внедрением автоматизации с использованием прогрессивных высокопроизводительных процессов производства.

Для установлении оптимального расхода электрической энергии на освещение производственных помещений следует пользоваться утвержденными нормами освещенности рабочих мест, поддерживать необходимую освещенность отдельных участков цеха путем своевременного включения и отключения светильников общего освещения, за которыми должны быть обеспечены нормальный уход и комплектация новыми экономичными источниками света, а также шире использовать возможности естественного освещения, для чего поддерживать чистоту световых проемов цехов.

Электрическую энергию необходимо экономить как в системе электроснабжения, так и в местах ее непосредственного потребления.

В системе электроснабжения уменьшение потерь электрической энергии достигается использованием глубоких вводов напряжением 6 или 10 кВ непосредственно в цеха, приближением трансформаторных подстанций к центрам электрических нагрузок с отключением части трансформаторов в часы малой нагрузки производственных агрегатов, применением в цехах повышенного напряжения 660 В вместо напряжения 380 В для электроприводов различных устройств, обеспечением равномерности нагрузки фаз трехфазной системы, необходимой компенсацией реактивной мощности с повышением коэффициента мощности установок данного предприятия.

В местах потребления электрической энергии ее экономия достигается высоким коэффициентом нагрузки электрооборудования путем лучшего использования основного технологического оборудовании, уменьшения механических потерь в производственных агрегатах и механических передачах, повышения коэффициента мощности каждого приемника, применения автоматических выключателей электрооборудования, находящегося в режиме холостого хода, широкого внедрения современного автоматизированного электропривода, использованием энергетических отходов технологических процессов и другими мероприятиями.

Организация комплексных бригад по экономии и рациональному использованию электрической энергии с участием электриков, механиков, технологов, экономистов и других специалистов, улучшение и распространение нормирования на все виды продукции, повышение культуры технической эксплуатации производственных фондов.

3. Экономическая часть

Краткая характеристика механосборочного цеха №19

Место расположения на территории ОАО «Волгограднефтемаш» - южная часть

Цех предназначен для изготовления заготовок шаровых кранов.

Характеристика оборудования:

Производственного : ручная сворка напряжением питания 380 В, токарно-карусельные станки, сферотокарные станки, координатно-сверлильные станки, резьбонарезной станок, горизонтально-расточной станок.

Схема управления цехом

Организационная структура управления цехом (участком) зависит от его состава, объема производства, режима работы.

При прерывном режиме работы схема управления участком может быть такая:

На предприятиях используются различные графики сменности. В курсовой работе должны быть приведены графики сменности для дежурного и ремонтного персонала.

Обычно ремонтный персонал работает по прерывному режиму, обеспечивающемуся односменным или двухсменным графиком работы.

Таблица 1- Прерывный однобригадный график

Дежурный электроперсонал работает по нижеприведенному графику:

Таблица 2-Трехсменный четырехбригадный график

Общая характеристика электрооборудования цеха

Таблица 3- Заявочная спецификация на основе электрооборудования цеха

Сметно-финансовый расчет стоимости электрооборудования

На основании заявочной спецификации составляется сметно-финансовый расчет стоимости электрооборудования в виде таблицы 5. Стоимость электрооборудования определяется с помощью прейскурантов и ценников или прайс-листов.

Таблица 4 - Сметно-финансовый расчет стоимости электрооборудования цеха

При отсутствии ценников на монтаж оборудования расходы на монтажные принимаются в размере 6-15% от стоимости оборудования (в зависимости от сложности монтажа)

Расходы по заработной плате составляют 42,7% от расходов на монтажные работы.

Расчет амортизационных отчислений электрооборудования

Амортизационные отчисления (А) - часть стоимости основных фондов (в т.ч. электрооборудования), переносимая на себестоимость готовой продукции для возмещения износа:

А = , руб.

где ОФ - стоимость электрооборудования, руб.

На - норма амортизации, %

Стоимость электрооборудования берется из таблицы № 4, норма амортизации из данных Постановления СМ СССР от 22 октября 1990 г. №1072 «О Единых нормах амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства СССР». Общую сумму амортизационных отчислений следует представить таблицей 5.

Таблица 5- Пример начисления амортизационных начислений

Расчет численности дежурных и ремонтных электриков цеха

Персонал электриков цеха состоит из электромонтеров, занимающихся текущим обслуживанием электрооборудования и электромонтеров, проводящих текущие ремонты и средние ремонты.

Нормативная численность рабочих определяется только для обслуживания (без резервного). Нормативы предназначены для определения средне списочной численности рабочих и рассчитаны на выполнение всех работ по межремонтному обслуживанию и текущему ремонту оборудования силами электрослужбы цеха.

Количество дежурного персонала электрослужбы рекомендуется принимать равным 40-60% нормативной численности персонала электрослужбы.

Нормативы численности рабочих электрослужбы определяется видом, количеством и мощностью установленного электрооборудования.

Таблица 6- Расчет количества единиц сложности ремонта для цеха

Итак численность ремонтного персонала 2 человек. Нормативная численность дежурного персонала примем равной 50% ремонтного персонала - 1

Таблица 7- Баланс рабочего времени на 2014 год

Списочная численность дежурного и ремонтного персонала цеха составляет:

Ч_сп = Ч_шт * К_сп ,