Электроснабжение механического цеха

Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха

 

Магистральная схема цеховой сети с двусторонним питанием

Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока  трансформатор-магистраль, где в  качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.

Для питания  большого числа электроприемников  сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади  цеха,

применяются схемы  с двумя видами магистральных  линий: питающими и распределительными. Питающие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин трансформаторной подстанции (ТП), если главные магистрали не применяются (рис. 6.2).

К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.

Следует учитывать  недостаток магистральных схем, заключающийся  в том, что при повреждении  магистрали одновременно отключаются  все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии  в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.

 

Рис. 6.2 Схема питающих и распределительных линий в цехе

 

Радиальные схемы питания характеризуются тем, что от источника питания, например от ТП, отходят линии, питающие непосредственно мощные электроприемники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприемники (рис. 6.3).

 

Рис. 6.3

 

Радиальные  схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии.

Все потребители  могут потерять питание только при  повреждении на сборных шинах  ТП, что мало вероятно вследствие достаточно надежной конструкции шкафов этих ТП.

Сосредоточение  на ТП аппаратов управления и защиты отдельных присоединений позволяет  легче решать задачи автоматизации  в системе распределения электроэнергии на напряжении до 1 кВ, чем при рассредоточенном расположении аппаратов, что имеет место при магистральной системе.

Радиальные  схемы питающих сетей с распределительными устройствами или щитами следует  применять при наличии в цехе нескольких достаточно мощных потребителей, не связанных единым технологическим  процессом или друг с другом настолько, что магистральное питание их нецелесообразно.

К числу таких  потребителей могут быть отнесены электроприемники, требующие применения автоматических выключателей на номинальный ток 400 А и более с дистанционным  управлением.

В чистом виде радиальные и магистральные схемы применяются редко. Наибольшее распространение на практике находят смешанные схемы, сочетающие элементы радиальных и магистральных схем. В крупных цехах металлургических заводов, литейных, кузнечных и механосборочных цехах машиностроительных заводов, на заводах искусственного волокна и других предприятиях всегда имеются и радиальные, и магистральные схемы питания различных групп потребителей.

В цехах машиностроительных и металлургических заводов находят  применение схемы магистрального питания с взаимным резервированием питания отдельных магистралей. Схема на рис. 6.4 позволяет вывести в ремонт или ревизию один из трансформаторов и, используя перегрузочную способность, обеспечить питание нескольких магистралей от одного, оставшегося в работе трансформатора. Такая схема питания позволяет безболезненно выводить в ремонт или ревизию один из трансформаторов во время ремонта технологического оборудования.

 

Рис. 6.4 Схема взаимного резервирования питающих магистралей цеха

 

При неравномерной  загрузке технологического оборудования в течение суток (например, пониженная нагрузка в ночные или ремонтные смены) схемы с взаимным резервированием питания магистралей обеспечивают возможность отключения незагруженных трансформаторов.

Большое значение для повышения надежности питания имеют перемычки между отдельными магистралями или соседними ТП при радиальном питании (рис. 6.5).

 

Схема резервирования при радиальном питании потребителей цеха

 

Такие перемычки, обеспечивая частичное или полное взаимное резервирование, создают удобства для эксплуатации, особенно при проведении ремонтных работ. Проектирование сетей во всех случаях должно выполняться на основе хорошего знания проектировщиком-электриком технологии проектируемого предприятия, степени ответственности отдельных электроприемников в технологическом процессе.

Большое влияние  на принимаемые решения оказывают  условия окружающей среды в проектируемом  цехе.

Располагать электрооборудование  в пожаро и взрывоопасных или  пыльных помещениях следует только в случае острой необходимости, когда другие решения оказываются нерациональными или крайне сложными.

При этом следует  иметь в виду, что в этих неблагоприятных  средах, как правило, применяется  специально сконструированное оборудование.

В условиях неблагоприятных сред магистральные схемы нежелательны, так как при их применении коммутационные аппараты неизбежно рассредоточены по площади цеха и подвергаются воздействию агрессивной среды. В таких цехах наибольшее применение находят радиальные схемы питания, при которых все коммутационные аппараты располагаются в отдельных помещениях, изолированных от неблагоприятных агрессивных и взрывоопасных сред.

 

6. Выбор  напряжения цеховой сети

 

Цеховые электрические  сети до 1000 В выполняются на следующие  стандартные напряжения трехфазного переменного тока:

Напряжение  на зажимах Напряжение на зажимах

генераторов и  трансформаторов, В приемников, В

133  127

230  220

400  380

690  660

Использование напряжений 127 и 220 В для питания  электродвигателей экономически не оправдано ввиду больших потерь электроэнергии и большего расхода цветного металла. Напряжение 127В иногда применяется для питания однофазных электродвигателей малой мощности или осветительных сетей в особых помещениях, например в подземных установках. Напряжение 220 В как фазное напряжение в сетях 380–220 В применяется для целей освещения, питания мелких однофазных электродвигателей и нагревательных приборов. Самое широкое распространение для питания электродвигателей в системах электроснабжения промышленных предприятий получило напряжение 380 В, которое используется также в системах с заземленным нулевым проводом для питания осветительных установок.

Система 380–220В удовлетворяет основным условиям питания потребителей:

а) возможности совместного питания осветительных приборов 
и электродвигателей;

б) относительно низкому напряжению между «землей» и «проводом» (220 В).

Для уменьшения потерь электроэнергии в цеховых  сетях следует применять напряжения не ниже 380 В. Напряжение 500 В из стандартных величин в СССР исключено, так как его применение связано с рядом трудностей, которые обусловлены тем, что напряжение 500 В не является следующей ступенью по отношению к напряжению 380 В.

Из изложенного  вытекают следующие положения:

1. Для цеховых электрических сетей, как правило, выгоднее 
   применять систему напряжений 380–220 В.
2. Для производств с повышенной удельной нагрузкой на 1 м² 
   поверхности пола цеха и мощными двигателями до 700 кВт целесообразно применять напряжение 660 В.
3. При выборе напряжения цеховых сетей необходимо учитывать технологические особенности производства.

Таким образом, для электроснабжения столярного цеха выгоднее применить напряжение 380 В.

 

 Выбор шинопровода

 

Жесткий токопровод напряжением до 1 кВ заводского изготовления, поставляемый комплектными секциями, называется шинопроводом. Шинопроводы различных серий и типов комплектуются из отдельных секций различной конфигурации и назначения. Секции могут быть прямые, угловые, гибкие, вводные, ответвительные, компенсационные, переходные, подгоночные. Длины секций унифицированы и кратны 770 мм.

Ответвления от магистрального шинопровода выполняются  при помощи специальных ответвительных секций (коробок), которые устанавливаются  в местах соединения секций. Шинопроводы  со степенью защиты оболочкой IP 00 и IP20 должны устанавливаться на высоте не менее 3,5 м от пола или площадки обслуживания. Прокладка шинопроводов на на высоте более 7 м не рекомендуется из-за увеличения длины ответвлений и сложности обслуживания. В процессе эксплуатации. Трассы шинопроводов целесообразно располагать по стенам и колоннам здания, вдоль нижнего пояса строительных и подстроительных ферм, подкрановых балок. В крановых пролетах магистральный шинопровод должен располагаться в мертвой зоне кранов.

Распределительные шинопроводы ШРА (с алюминиевыми шинами) и ШРМ (с медными шинами) предназначены для передачи и распределения электроэнергии напряжением 380/220 В при возможности непосредственного присоединения к ним электроприемников в системах с глухозаземленной нейтралью. Номинальный ток ШРА – 250,400 и 630 А; ШРМ – 100 и 250 А. Распределительные шинопроводы устанавливаются в непосредственной близости от технологического оборудования на высоте не менее 2,5 м. Распределительные шинопроводы крепят так же, как и магистральные: на стойках, кронштейнах, подвесах.

Пример выбора шинопровода – ШРА1.

Распределительные шинопроводы типа ШРА выбирают по току, определяемому по получасовому максимуму нагрузок присоединенных к нему электроприемников, и проверяются  по электродинамической стойкости  токами КЗ.

При подводе  питания в начало линии шинопровода:

 

 

где I_ном – номинальный ток шинопровода.

Расчетная нагрузка на шинопроводы определяется методом  упорядоченных диаграмм. Суммарная  номинальная мощность шинопровода  складывается из мощности питаемых приемников

 

.

 

Расчет нагрузок ведется за наиболее загруженную  смену длительностью Т_см, для каждой группы приемников определяется средняя мощность

 

Коэффициент использования  и cosц для станков принимаем для каждого приемника[4]. Учитывая, что от шинопровода питается большое число потребителей, n_эф будем определять упрощенным способом [4]. Для ШРА – 1 отношение m>3, а К_i<0,2 поэтому n_эф определяем по формуле:

 

где n – фактическое число приемников в рассматриваемой группе:

n₁ – число наибольших приемников в группе, мощность каждого из которых не менее половины мощности наибольшего приемника (включая сам наибольший приемник);

P_ном – суммарная номинальная мощность приемников всей группы;

Р_ном1 – суммарная номинальная мощность n₁ наибольших приемников группы.

Для ШРА-1

 

 

 

 

Определяем  коэффициент максимума для ШРА-1 [1].K_м =1,77

Расчетные активные мощности составят

 

;

;

 

Расчетный ток на ШРА-1 составит

 

 

 

 

К установке  принимаем шинопровод ШРА с номинальным током 250 А.

Аналогично  выбираем шинопровод ШРА2 (ШРА на 250 А).

Распределение электроэнергии к отдельным приемникам осуществляем от ответвительных коробок  шинопроводов проводом марки АПВ, проложенным  в металлорукавах.