Проектирование электроснабжения метизного цеха

Федеральное агентство по образованию

Государственного образовательного учреждения

Среднего профессионального образования

Воткинский машиностроительный техникум им. В.Г. Садовникова

Специальность 140613


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

КП 140613.09.01.00.000.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


По дисциплине: «Электроснабжение отрасли»


Тема: «Проектирование электроснабжения метизного цеха»


Руководитель курсового проекта

Иванова Е.Е.

"_____"__________200__г


Разработал: студент группы Эл-31

Акинтьев А.В.

"_____"__________200__г


2009

Содержание


Введение

1. Общая часть проекта

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии

1.2 Определение величины питающего напряжения

2. Расчетная часть проекта

2.1 Выбор электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры

2.2 Расчет электрических нагрузок

2.3 Компенсация реактивной мощности

2.4 Выбор варианта электроснабжения, числа и мощности трансформаторов на подстанции

2.5 Расчет и выбор магистральных и распределительных сетей напряжением до 1000 В

2.6 Расчет токов короткого замыкания

2.7 Выбор схемы электроснабжения

2.8 Выбор электрооборудования для схемы электроснабжения

2.9 Расчет заземляющих устройств

Заключение

Список литературы


Введение


Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии. Энергетической программой предусмотрено дальнейшее развитие энергосберегающей политики. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путём перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствования энергетического оборудования; реконструкции устаревшего оборудования; сокращения всех видов энергетических потерь и повышения уровня использования вторичных ресурсов; улучшения структуры производства, преобразования и использования энергетических ресурсов. Энергетические системы образуют шесть крупных энергообъединений: Северо-Запада, Центра, Средней Волги, Востока, Урала и Северного Кавказа.

Основой развития российской энергетики является сооружение электростанций большой мощности. В России как и в других странах, для производства и распределения электроэнергии применяется трёхфазный переменный ток частотой 50 Гц . Сети и установки трёхфазного тока более экономичны чем по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электропривода наиболее надёжные, простые и дешёвые асинхронные электродвигатели. В некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают путём выпрямления переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии, электрифицированный транспорт и др.) Постоянный ток применяется также для передачи электроэнергии на большие расстояния при напряжении до 800 и 1500 кВ.

Перед энергетикой в ближайшем будущем стоит задача всемирного развития и использования возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной, ветровой, приливной и др. Российская энергетика развивается на базе новых технических достижений в области проектирования и строительства электростанций и линий электропередачи, а также прогресса современного машиностроения, ставшего надёжной основой развития электроэнергетического хозяйства страны.


1. Общая часть проекта


1.1 Характеристика потребителей электроэнергии


Потребители электроэнергии есть сама электроустановка, в свою очередь это совокупность машин, аппаратов, линий электропередачи и вспомогательных устройств, предназначена для производства, преобразования, передачи и распределение электрической энергии.

Потребителями считается всё, что питается электроэнергией, то есть это предприятия, бытовые потребители, электрифицированный транспорт, освещение городов и посёлков. Также к ним относятся станки, подъёмно-транспортные устройства, компрессоры, вентиляторы, насосы, сварочные установки, трансформаторы и различны печи.

Классифицируют электроприёмники по: напряжению, роду тока, мощности, режиму работы.

По напряжению электроприёмники различают на низковольтные и высоковольтные. Низковольтные – напряжение их составляет до 1000 В, и высоковольтные – напряжением более 1000 В. Всё электрооборудование относится к потребителям низкого напряжения, так как все установки работают от сети 220/380 Вольт.

По роду тока различают электроприёмники работающие от:

-сети переменного тока нормальной частоты 50 Гц;

-сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;

-сети постоянного тока.

Все электроприёмники в данном цехе работают на переменном токе промышленной частоты 50 Гц.

По мощности электроприёмники различают: малой мощности – до 10 кВт; средней мощности – до 100 кВт; большой мощности – более 100 кВт. В данном цехе в основном все оборудование работает на малую мощность.

По режиму работы электроприемники делят на три группы:

Продолжительный режим - это, в котором электрические машины работают длительное время при этом не перегреваясь. В данном цехе в продолжительном режиме работают такие установки как токарные, профиленакатные, фрезерные, токарно-револьверные, долбёжные, токарно-винторезные, настольно-сверлильные, шлифовальные, электроэрозионные станки а также автоматы, генераторы, пресс и освещение.

Повторно-кратковременный режим – это режим, в котором рабочие периоды работы чередуются с периодами пауз, а длительность всего цикла не превышает десяти минут.В данном цехе оборудования работающего в этом режиме не предусмотрено.

Кратковременный режим- это режим, в котором рабочий период не столько длителен, чтобы температуры отдельных частей машины могли достигнуть установившегося значения, период же остановки машины настолько длителен, что машина успевает охладиться до температуры окружающей среды. К такому режиму относятся заточные станки.

Все электроприёмники, то есть потребители должны обеспечивать надежность в электроснабжении. Надёжность электроснабжения заключается в обеспечении предприятия электроэнергией хорошего качества, то есть работать без срыва плана производства и не допускать аварийных перерывов в электроснабжении.

В обеспечении надежности данный цех относится ко второй категории, – при которой перерыв в электроснабжении приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов, и промышленного транспорта,нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Рекомендуется обеспечивать электропитанием от двух независимых источников, для них допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

1.2 Определение величины питающих напряжений


При проектировании системы электроснабжения метизного цеха, главной задачей является определение величины питающих напряжений.

Для питания крупных и особо крупных предприятий следует применять напряжения 110, 150, 220, 330 и 500 кВ

Напряжение 35 кВ применяется для питания предприятий средней мощности и для распределения электрической энергии на первой ступени электроснабжения, на таких предприятиях при помощи глубоких вводов в виде магистралей, к которым присоединяются цеховые подстанции 35/10 кВ.

Глубокий ввод - система электроснабжения с приближением высокого напряжения к электрическим установкам с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации.

На второй ступени напряжение равное 10 кВ, питает цеховые трансформаторные подстанции. Такое напряжение в 10 кВ применяется во внутризаводском распределении энергии. А также на предприятии с мощными двигателями, допускающими непосредственное присоединение к сети 10 кВ, на предприятиях небольшой и средней мощности. Напряжение 10 кВ следует применять в качестве основного как наиболее экономичного в отличии от напряжения в 6 кВ. Напряжение 6 кВ обычно применяется при наличии на предприятии значительного количества электроприемников на 6кВ.

На третьей ступени напряжение равное 380/220 В применяется в основном на электрических установках до 1000 В, для питания электроприемников от общих трансформаторов, но, как правило, от отдельных сетей.

Напряжение 220В предназначено для питания однофазных электроприемников - это такие электроприемники как осветительные лампы, и ещё на питание бытовых приборов.

На данном предприятии основное электроснабжение выполнено напряжением 6кВ. В основном в метизном цехе все потребители питаются от переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением 380В.


2. Расчетная часть проекта


2.1 Выбор электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры


2.1.1 Выбор электродвигателей

Асинхронные двигатели широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве, так как они просты по конструкции, надёжны в эксплуатации. В большинстве случаев асинхронные двигатели питаются непосредственно от сети переменного тока промышленной (50 Гц) частоты.

В зависимости от номинального напряжения и напряжения сети, на которое выполнен асинхронный двигатель, обмотка статора может быть соединена в звезду или треугольник.

В зависимости от исполнения ротора различают асинхронные двигатели с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. Двигатели с фазным ротором менее применимы, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, но они обладают плавностью пуска двигателя, имеют расширенное регулирование частоты вращения. Двигатели с фазным ротором применяются для крановых приводов и других механизмов. А у двигателей с короткозамкнутым ротором преимущество состоит в их простоте конструкции, высокой надёжности и невысокой стоимости.

Данные двигателей с короткозамкнутым ротором приводятся в таблице 2.1.1.1.


Таблица 2.1.1.1 Технические данные двигателей с короткозамкнутым ротором

Тип электроприёмника

Типоразмер






1 2 3 4 5 6 7 8 9

Токарные станки


 1,6 4A80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 20

2,2 4А80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 2

2,6 4А90L2У3 3,0 2840 84,5 380 0,88 4

3,0 4А90L2У3 3,0 2840 84,5 380 0,88 7

3,6 4А100S2У3 4,00 2880 86,5 380

0,89


 20

4,0 4А100S2У3 4,00 2880 86,5 380

0,89


 3

8,0 4А132М2У3 11 2990 88,0 380 0,90 5

10 4А132М2У3 11 2990 88,0 380 0,90 2
Профиленакат-ные станки 4,5 4А100L2У3 5,50 2880 87,5 380 0,91 1

9,7 4А132М2У3 11 2990 88,0 380 0,90 3
Сверлильные станки 0,5 4A200M4У3 0,55 2740 73,0 380 0,86 13
Автоматы 1,7 4А80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 1

2,05 4А80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 5

2,0 4А80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 1

2,8 4А90L2У3 3,0 2840 84,5 380 0,88 2

3,0 4А90L2У3 3,0 2840 84,5 380 0,88 6

4,7 4А100L2У3 5,50 2880 87,5 380 0,91 1

5,5 4А100L2У3 5,50 2880 87,5 380 0,91 7

3,4 4А100S2У3 4,00 2880 86,5 380 0,89 1

3,6 4А100S2У3 4,00 2880 86,5 380 0,89 1

19,0 4А180SУ3 22,0 2940 88,5 380 0,91 20
Фрезерные станки 2,2 4А80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 2

3,4 4А100S2У3 4,00 2880 86,5 380 0,89 4
Шлифовальные станки 3,7 4А100S2У3 4,00 2880 86,5 380 0,89 3

11,4 4А160S2У3 15,0 2940 88,0 380 0,91 1
Электро-эррозионные станки 4,5 4А100L2У3 5,50 2880 87,5 380 0,91 2
Резьбо-накатные станки 5,0 4А100L2У3 5,50 2880 87,5 380 0,91 4
Пресс 5 4А100L2У3 5,50 2880 87,5 380 0,91 1
Полировальные станки 0,5 4A200M4У3 0,55 2740 73,0 380 0,86 2
Заточные станки 1,4 4А80А2У3 1,50 2850 81,0 380 0,85 1

2,0 4А80В2У3 2,20 2850 83,0 380 0,87 2

0,75 4А71А2У3 0,75 2840 77,0 380 0,87 1

2.1.2 Выбор пусковой и защитной аппаратуры

Все электрические аппараты предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и от токов перегруза.

Магнитные пускатели – это аппараты, предназначенные для дистанционного оперативного управления и защиты от перегрузок асинхронных двигателей и других силовых приёмниках. Магнитный пускатель состоит из контактов, теплового реле и кнопочного поста, размещённого на металлическом корпусе.

Для выбора пусковой аппаратуры нужно, по техническим данным электроприводов рассчитать номинальный ток.

Ток двигателя определяется по формуле:


, [ 3 ]


где - номинальная мощность, кВт;

- номинальное напряжение, В;

- коэффициент полезного действия (КПД), %;

- коэффициент мощности.


А


Для остальных электроприемников, магнитные пускатели выбираются аналогично и их значения сводятся в таблицу 2.1.2.1


Таблица 2.1.2.1 Технические данные магнитных пускателей

Тип двигателя

Тип пускателя

Наличие теплового реле

4A80В2У3 1,6 4,6 ПМЕ-112 10 Есть 31
4А132М2У3 10 21 ПМЕ-212 25 Есть 10
4А90L2У3 2,6 6,2 ПМЕ-112 10 Есть 19
4А132М2У3 8,0 21 ПМЕ-212 25 Есть 10
4А100S2У3 3,6 8 ПМЕ-112 10 Есть 32
4А100L2У3 4,5 10 ПМЕ-112 10 Есть 16
4A200M4У3 0,5 1,3 ПМЕ-002 3 Есть 15
4А180SУ3 19 37 ПАЕ-312 40 Есть 20
4А160S2У3 11,4 29 ПАЕ-312 40 Есть 1
4А80А2У3 1,4 3 ПМЕ-002 3 Есть 1
4А71А2У3 0,75 1,7 ПМЕ-002 3 Есть 1

Примечание: номинальный ток магнитного пускателя выбирается при напряжении 380В.

Автоматические выключатели – это аппараты, предназначенные для защиты электрических установок от перегрузок, токов коротких замыканий, повышенного и пониженного напряжения, от токов утечки и других аварийных режимов. Они предназначены для замены рубильников и предохранителей. Для выбора автоматического выключателя нужно рассчитать номинальный ток расцепителя.

Ток расцепителя определяется по формуле:


, [ 3 ]


где - номинальный ток электроприемника, А;

- коэффициент для линии с одним электродвигателем.


А


Для остальных, автоматические выключатели определяются аналогично и сводят в таблицу 2.1.2.2


Таблица 2.1.2.2 Технические данные автоматических выключателей

Тип двигателя

Тип автомата

4A80В2У3 4,6 5,7 АЕ-2443 16 5,7 31
4А132М2У3 21 26,2 А3160 50 26,2 10
4А90L2У3 6,2 7,7 АЕ-2443 16 7,7 19
4А132М2У3 21 26,2 А3160 50 26,2 10
4А100S2У3 8 10 АС-25 25 10 32
4А100L2У3 10 12,5 АС-25 25 12,5 16
4A200M4У3 1,3 1,6 АЕ-2443 5 1,6 15
4А180SУ3 37 46 АЕ-2443 50 46 20
1 2 3 4 5 6 7
4А160S2У3 29 36 АЕ-2443 50 36 1
4А80А2У3 3 3,75 АЕ-2443 5 3,75 1
4А71А2У3 1,7 2 АЕ-2443 5 2 1

Примечания: все выбранные автоматические выключатели имеют электромагнитный расцепитель.


Наименование электроприемников

12 13 14 15
Группа №1













Токарные станки 63 1,6/10 211,8
0,17

53 61,8





Автоматы 57 1,7/19 467,7
0,17

116,7 136,4





Пресс

1

5

5

0,17

1,25 1,4





Шлифовальные

Станки

 4 3,7/11 22,5
0,17

5,5 6,5





Итого по группе №1 125 1,6/19 707

0,17

841 984 74

1,19


 1000 1082 1473 4,01
Группа №2













Профиленакат-ные станки 4 4,5/9,7 33,6
0,12

8,3 19,2





Фрезерные станки 6 2,2/3,4 18
0,12

4,5 10,2





Заточные

станки

4 0,75/2 6,15
0,12

1,45 3,4





Полировальные

Станки

 2 0,5 1

0,12

0,25 0,5





Сверлильные

Станки

 13 0,5 6,5
0,12

1,6 5,1





Электро-эррозионные

Станки

 2 4,5 9
0,12

2,25 5,1





Резьбо-накатные

станки

4 5 20
0,12

5 11,45





Итого по группе №2 22 0,5/9,7 94,25

0,12

112,1 256 19 1,19 133 281 310 1,92
Освещение

66






66


Итого по цеху 147
804,7


957,5 2192

1199

1363


 1860

5,93

2.2 Расчёт электрических нагрузок


Для расчёта электрических нагрузок необходимо знать мощности электроприёмников включаемые в одну сеть. Расчёт электрических нагрузок напряжением до 1 кВ. можно производить двумя способами: методом упорядоченных диаграмм и методом коэффициента спроса. Метод упорядоченных диаграмм является наиболее точным расчетом и применяется для расчёта электрических нагрузок групп электроприёмников имеющих разную мощность, но одинаковый режим работы. А метод коэффициента спроса применяется на предварительной стадии расчётов и при окончательных расчётов, когда определяется мощность группы электроприёмников, имеющих одинаковую нагрузку.

Пример расчёта методом упорядоченных диаграмм для группы электроприёмников. Группа состоит из токарных (кВт, ), автоматических (кВт, ), шлифовальных (кВт, ) станков и пресса(кВт, ). Группа имеет и .

Определяется показатель сборки:


, [3]


где - максимальная мощность электроприёмников в группе, кВт

-минимальная мощность электроприёмников в группе, кВт



Определяется суммарная номинальная мощность группы электроприёмников: