Модернизация системы электроснабжения и электрооборудования инструментального цеха ОАО «Энерготехмаш»

 

Введение

Задачей данной дипломной работы является модернизация существующей системы электроснабжения и электрооборудования инструментального цеха ОАО «Энерготехмаш» в связи с расширением производства и значительными активными потерями в распределительных сетях. Для решения этой задачи необходимо:

- модернизация действующей трансформаторной подстанции, то есть выбор экономически оптимального числа трансформаторов и демонтаж этой подстанцию с главным щитом управления, что позволит обеспечить необходимую степень надежности новой системы электроснабжения;

- установка быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улучшающие качество электроэнергии и позволяющие сократить активные потери в распределительных линиях;

- выбрать рациональные сечения кабелей и проводов, защитную аппаратуру и оптимизировать режимы работы электрооборудования.

По расчетной схеме  были рассчитаны токи короткого замыкания. Оборудование внутри производственного  помещения было разбито на группы, которые были запитаны через групповые силовые пункты и распределительные шинопроводы. Далее по результатам расчета были выбраны соответствующие аппараты защиты для защиты оборудования от аварийных режимов, таких как перегрузки и короткие замыкания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общая часть

 

 

1.1 Краткая характеристика проектируемого объекта и ближайшего источника питания.

Инструментальный  цех занимается изготовлением и ремонтом узлов и деталей любой сложности (болты, гайки и наконечников систем насадок на трубы из стали, запасные части,   деталей для нестандартного оборудования, металлорежущий инструмент) так же предоставляет услуги(заточка дисковых пил, металлообработки с ЧПУ сложнопрофильных деталей, Механическая обработка деталей ).

Согласно ПУЭ инструментальный цех относится к классу пожароопасности П-|||. Зоны класса П-III расположены вне помещения зон, в которых обращаются горючие жидкости или твёрдые горючие вещества.

Помещение цеха не относится к взрывоопасным, так  как в нем отсутствуют взрывоопасные смеси горючих газов или паров легковоспламеняющей жидкости (ЛВЖ) с воздухом.

В пожароопасных  зонах класса П-||| допускается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами. Защита проводов и кабелей в сетях до 1кВ и выбор сечений должны производится как для невзрывоопасных установок. В сетях выше 1кВ они должны быть проверены по нагреву токами КЗ, производится проверка на термическую устойчивость. Защита от перегрузок должна выполняться во всех случаях независимо от мощности электроприемника.

Согласно ПУЭ  выбираем провода и кабели с алюминиевыми жилами, т.к.

 помещение  является не взрывоопасной зоной.  Провода и кабели выполнены:

а) провода с  изоляцией из поливинилхлорида в  поливинилхлоридной оболочке;

б) кабели с изоляцией  из поливинилхлорида, в поливинилхлоридной оболочке и без наружного покрова.

Так как маловероятны повреждения проводников, то кабели и провода  будем выбирать без защитной бронированной оболочки. [2]

Характер режима работы – односменный. 

Температура окружающей среды в цехе +20˚С.

 

 Характеристика  ближайшего источника питания 

Инструментальный цех получает электроэнергию с шин ГПП предприятия, далее посредствам внутренней электрической сети через КТП

Внутренние  сети цеха, являясь продолжением сетей  энергосистем, обеспечивают электроснабжение цеха и технологических агрегатов, отдельных электроприемников.

1.2. Анализ электрических нагрузок

Согласно ПУЭ инструментальный цех относится ко |I| категории по надежности электроснабжения. Перерыв в электроснабжении не приведет к опасности для жизни людей, расстройству сложного технологического процесса и оборудования, к существенному недоотпуску продукции, простою людей, механизмов, промышленного транспорта. Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток. [2]

1.3. Выбор схемы электроснабжения и питающих напряжений. Нормы качества электрической энергии

На высокой  стороне напряжение 6кВ определяется существующими схемами электроснабжения.

Для внутрицеховых  электросетей наибольшее распространение  имеет напряжение 380В, основным преимуществом  которого является возможность совместного питания силовых и осветительных электроприемников. Так как номинальное напряжение электроприемников равно 380В и единичная установленная мощность не превышает 20 кВт, то уровень питающего напряжения внутри цеха принят 380/220В.

Принятое напряжение 380/220В, соответствует номинальным  напряжениям электроприемников.

Для данного цеха наиболее оптимальным считается выбор смешанной радиально-магистральной схемы. Она характеризуется тем, что от источника питания (комплектной трансформаторной подстанции), отходят линии, питающие непосредственно отдельные распределительные пункты и шинопроводы, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприемники. Радиально-магистральная схема обеспечивает необходимую надежность питания отдельных потребителей, так как аварии локализуются действием автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии.

Все потребители  могут потерять питание только при  повреждении на сборных шинах  КТП, что весьма маловероятно.

1.4 Режим работы нейтрали

 

На низкой стороне  трансформатора 6/0,4кВ применена глухозаземленная нейтраль.

Сопротивление заземления нейтрали определяется из следующих условий:

а) предотвращение опасных последствий при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора;

б) предотвращения недопустимого повышения напряжения фаз по отношению к земле и заземленным частям электроустановок низшего напряжения при замыканиях на землю.

 При данном  режиме работы нейтрали автоматика  быстро отключает аварийные участки,  изоляция  проводников выполняется на фазные напряжения, что более экономично, чем при изолированной нейтрали.

На высокой  стороне 6кВ будет использована изолированная нейтраль, так как токи короткого замыкания невелики и не требуется  моментального отключения линий.. При схеме соединения трансформатора 10/0,4кВ (Y/Y₀) токи однофазных и трехфазных к.з. на стороне 0,4кВ примерно одинаковы. Поэтому такая схема обеспечивает более высокую чувствительность автоматических выключателей к токам короткого замыкания в защищаемой зоне.

1.5 Паспортные данные

Паспортные  данные электроприёмников, необходимые для дальнейшего расчета, сводим в таблицу 1.

Таблица 1. Исходные данные ЭП

Потребитель	кол-во	Pн, кВт	Ки	cosf	КПД, %
Поперечно-строгальные  станки (1,2,40,41,46)	5	7,5	0,19	0,65	70
Токарно-револьверные (3,5,6,7,28,29,30,31)	8	3,2	0,18	0,65	55
Одношпиндельные автоматы токарные (4,8,32,33,34)	5	2,2	0,13	0,45	70
Токарные автоматы (9,10,11,12,13,14,15,26,27)	9	5,5	0,18	0,65	75
Алмазно-расточные  станки 16,17,19,20,44,45)	6	4,8	0,18	0,65	50
Горизонтально-фрезерные  станки (18,21,22,23,24,25,37,38)	8	12,5	0,19	0,65	50
Наждачные станки (35,36,50,51)	4	2,5	0,13	0,45	60
Кран-балки (ПВ=60%) (39,47)	2	10	0,25	0,5	65
Заточные станки (42,43,48,49,52,53)	6	3	0,14	0,45	50
Вентиляторы (54,55)	2	15	0,7	0,8	60

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Электроснабжение цеха.

 

 

2.1. Расчёт электрических нагрузок цеха.

 

Расчёт проведём методом коэффициента максимума.

Цель расчёта – определить активную P и реактивную Q мощность группы разнородных потребителей за наиболее загруженную смену.

Сложение всех номинальных  мощностей электроприёмников (ЭП) приведёт к значительному завышению величин P и Q группы потребителей, т.к. в момент прохождения максимума нагрузки цеха отдельные потребители могут не работать в полную мощность или вообще не участвовать в максимуме нагрузки.

Все потребители в группе разделяются на потребителей с переменной  (Группа А) и постоянной (Группа Б) нагрузкой. К группе А относятся потребители, имеющие коэффициент использования Ки<0,6 – они рассчитываются методом коэффициента максимума. К группе Б относятся потребители, имеющие коэффициент использования Ки≥0,6 – они рассчитываются сложением величин их мощностей с учётом Ки.

 

2.1.1. Группа А.

1). Определим среднюю мощность  за наиболее загруженную смену:

- активная

                                                           (1)

где - установленная мощность одного электроприёмника;

Ки – коэффициент использования этого электроприёмника

   

- реактивная

                                                            (2)

  

2). Эффективное  число электроприёмников:

                                                               (3)

3). Средний коэффициент использования:

4). В зависимости от  и Ки найдём коэффициент максимума

(табл. 2.6 [8]):

Км=2,5

5). Расчётная  мощность для группы А:

- активная

                                                            (5)

- реактивная

                                                          (6)

где т.к.

 

2.1.2. Группа Б

                                                                                       

 

2.1.3. Полная мощность, потребляемая цехом за наиболее загруженную смену

Результаты  расчётов сведём в таблицу 2.

Таблица 2.

Потребитель	кол-во, n	Руст, КВт	∑Руст,КВт	Ки		Рсм, КВт	Qсм, КВАр	Nэ	Км	РР, КВт	QР, КВАр	SР, КВA
Группа А
Поперечно- строгальные станки (поз. 1,2,40, 41,46)	5	7,5	37,5	0,185		6,94	8,12
Токарно- револьверные (3,5,6,7,28,29,30,31)	8	3,2	25,6	0,18		4,61	5,39
Одношпиндельные автоматы токарные (4,8,32,33,34)	5	2,2	11	0,13		1,43	2,83
Токарные автоматы (9,10,11, 12,13,14,15,26,27)	9	5,5	49,5	0,18		8,91	10,42
Алмазно-расточные станки (16,17,19,20,44,45)	6	4,8	28,8	0,18		5,18	6,06
Горизонтально- фрезерные станки (18,21,22,23,24,25, 37,38)	8	12,5	100	0,19		19	22,2
Наждачные станки (35,36,50,51)	4	2,5	10	0,13		1,3	2,57
Кран-балки (39,47)	2	7,7	15,4	0,25		3,85	6,66
Заточные станки (42,43,48,49,52,53)	6	3	18	0,14		2,52	4,99
Всего по группе А				0,17		53,7	69,3	6	2,5	134	76
Группа Б
Вентиляторы (54,55)	2	15	30	0,7		21	16			21	16
Освещение				0,9		18	23			18	23
Всего по группе Б										39	39
Всего по цеху										173	115	208

 

          2.1.4. На данной стадии проектирования  возникает необходимость учесть потери мощности в линиях и трансформаторах, когда они ещё не выбраны. Поэтому приблизительно учтём эти потери, считая:

                                   (7)

                                              (8)

 кВА

 

          2.2. Компенсация реактивной мощности.

 

- расчётный коэффициент  мощности

- требуемый  коэффициент мощности по предприятию

- количество  реактивной мощности, которую нужно  скомпенсировать

 кВАр                      (9)

Выбираем конденсаторную установку УКМ58-0,4-40-5 У3

Таблица 3.

Типономинал	Номинальное значение		Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Масса, кг, не более
	Мощность, квар	Мощность минимальной ступени регулирования, квар
УКМ58-0,4-50-5 У3	50	5	650	220	800	50

Установки обеспечивают кабельный ввод сверху или снизу. Монтируются на вертикальные стены. Комплектуются конденсаторными блоками на основе конденсаторных элементов для конденсаторов типа КПС, регуляторами реактивной мощности, магнитными пускателями и плавкими предохранителями.

- реактивная мощность после компенсации

 кВАр

- полная мощность после компенсации

кВА

 

2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

 

Мощность силовых  трансформаторов в нормальных условиях должна

обеспечивать  питание всех приемников электроэнергии промышленных предприятий. Выбор мощности силовых трансформаторов следует осуществлять с учетом экономически целесообразного режима их работы и соответствующего обеспечения резервирования питания потребителей. Инструментальный цех относится к третьей категории электроснабжения. Всвязи с этим намечаются два варианта числа и мощности трансформаторов.

Таблица 4. Номинальные параметры трансформаторов

Вариант	Тип	SН, кВА	U1/U2	∆Pxx, кВт	∆Pкз, кВт	Ixx, %	Uк, %	Кол-во
I	ТМ-250	250	6/0,4	0,56	3,7	1,7	4,5	1
II	ТМ-100	100	6/0,4	0,2	1,3	2,5	4,5	2