Электроснабжение и электрооборудование цеха металлорежущих станков

Расчет ожидаемых нагрузок приводится методом упорядоченных диаграмм,

являющимся в настоящее время основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения.

Расчетная максимальная мощность электроприемников определяется из выражения:

Pmax=Kmax * Kи * Pном = Kmax * Pсм,

где: Kи – коэффициент использования;

Kmax – коэффициент максимума активной мощности;

Pсм – средняя активная мощность электроприемников за более загруженную схему.

Для группы электроприемников за более загруженную смену режима работы средняя активная и реактивная нагрузки определяются по формуле:

Рсм = Кu * Рном

Qсм = Pсм * tg φ,

где tg φ – соответствует средневзвешенному cos φ, характерному для электроприемников данного режима работы.

Средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле:

КU.СР.ВЗ. = ∑Рсм / ∑Рном,

где ∑Рсм – суммарная мощность электроприемников и групп за наиболее загруженную смену;

∑Рном – суммарная номинальная мощность электроприемников в группе.

Относительное число электроприемников определяется по формуле:

N* = n1/n,

где n1 – число крупных приемников в группе;

n – число всех приемников в группе.

Относительная мощность наибольших по мощности электроприемников определяется из выражения:

Р* = ∑Рn 1/∑Рном,

где ∑Рn 1 – суммарная активная номинальная мощность крупных электроприемников группы;

∑Рном – суммарная активная номинальная мощность электроприемников группы.

Основное эффективное число электроприемников в группе определяется по справочным таблицам, исходят из значений n* и Р*

n*э = f(n*; P*)

Эффективное число электроприемников в группе определяется по формуле:

Nэ = n*э * n

Коэффициент максимума определяется по справочным таблицам, исходя из значений nэ и КU.СР.ВЗ.:

Кmax = f(Nэ; КU.СР.ВЗ.)

Расчетная максимальная активная мощность цепи:

Рмах = Кмах * ∑Рсм

Расчетная максимальная реактивная мощность в цепи:

Qmax = 1.1 ∑Qсм

Полная расчетная мощность группы определяется по формуле:

Smax = √Pmax2 + Qmax2

Максимальный расчетный ток группы определяется по формуле:

Imax = Smax/(√3 * Uном)

Расчет ожидаемых нагрузок цеха металлорежущих станков.

1. Определяем среднюю активную и реактивную мощности за более загруженную схему электроприемников.

Пример расчета для станков позиции 1-3

Рсм1-3 = Рном × Ки = 0,4 × 0,14 × 3 = 1,68 кВт

Qсм1-3 = Рсм1-3 × tgφ = 1,68 × 1,73 = 2,9 кВАр

Остальные данные по расчету представлены в таблице 4

2. Определяем суммарную мощность по группе:

∑Pном = 3 Pном1-3 + 2 Pном4,5 + 2 Pном6,11 + 2 Pном7,10 + 2 Pном8,9 + 2 Pном12,18 + 3 Pном13-15 + 3 Pном16,17,22 + 2 Pном19,21 + 3 Pном вент = 193,5 кВт

3. Суммируем активные и реактивные нагрузки:

∑Pсм = Pсм1-3 + Pсм4,5 + Pсм6,11 + Pсм7,10 + Pсм8,9 + Pсм12,18 + Pсм13-15 + Pсм16,17,22 + Pсм19,21 + Pсм вент = 57,12 кВт

∑Qсм = Qсм1-3 + Qсм4,5 + Qсм6,11 + Qсм7,10 + Qсм8,9 + Qсм12,18 + Qсм13,15 + Qсм16,17,22 + Qсм19,21 + Qсм вент = 36,53 кВАр.

4. Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования:

Ки.ср.вз = 57,12/193,5 = 0,3

5. Определяем относительное число электроприемников:

N* = 5/25 = 0,2

6. Определяем относительную мощность наибольших по мощности электроприемников:

Р* = 160/193,5 = 0,83 кВт

7. Основное эффективное число электроприемников в группе определяем по таблице 2.2 исходя из значений N* и Р*:

n*э = 0,27

8. Определяем эффективное число электроприемников в группе:

Nэ = 0,27 × 25 = 6,75

9. Коэффициент максимума Кмах служит для перехода от средней нагрузки к максимальной. Коэффициент максимума активной мощности определяем по таблице 2.3, исходя из значений nэ и Ки.ср.вз:

Кмах = 1,8

10. Определяем расчетную максимальную активную мощность цепи:

Рмах = 1,8 × 57,12 = 102,82 кВт

11. Определяем расчетную максимальную реактивную мощность цепи:

Qмах = 1,1 × 36,53 = 40,18 кВАр

12. Определяем полную расчетную мощность группы:

Sмах =

13. Определяем максимальный расчетный ток группы:

Iмах = 110,4/(1,73 × 0,38) = 157,7 А

Таблица 3 Сводная ведомость электрических силовых нагрузок по цеху

2.2 Компенсация реактивной мощности и выбор компенсирующего устройства

Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям вызывает возникновение дополнительных потерь активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения.

Затраты, обусловленные этой передачей, можно уменьшить или даже устранить, если устранить влияние реактивной мощности в сетях низкого напряжения.

Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятия.

Для компенсации реактивной мощности применяются специальные,компенсирующие устройства, являются источниками реактивной энергии емкостного характера.

Мощность КУ (компенсирующие устройства) определяется из выражения:

Qk=α × Pmax × (tgφmax – tgφэ) кВар,

где Рмах – максимальная расчетная мощность;

α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается равным 0,9;

tgφэ определяется cosφэ = 0,92 – 0,95 коэффициентом мощности, устанавливаемым системой. Принимаем tgφэ = 0,33

tgφmax – расчетный максимальный коэффициент мощности

cosφmax = Pmax / Smax

cosφmax = 102,82/110,4 = 0,93

tgφmax = 0,39

Qк = 0,9 × 102,8 / (0,39 – 0,33) = 1542 кВАр

По расчетному значению реактивной мощности выбираем компенсирующие устройство типа УКН - 0,38 – 900 в количестве 2-х штук.

2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховой подстанции

Трансформаторные цеховые подстанции являются основным звеном системы электроснабжения и предназначены для питания одного или нескольких цехов.

Одно-трансформаторные цеховые подстанции применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки «складного» резерва или при резервировании, осуществляемом по перемычкам на вторичном напряжении.

Двух-трансформаторные подстанции применяются при преобладании потребителей 1-ой и 2-ой категорий.

Выбор числа и мощности трансформаторов обусловлен величиной и характером нагрузки, с учетом его перегрузочной способности, которая должна составлять 40% от мощности трансформатора.

При выборе трансформатора необходимо знать мощность подстанции:

Sp =

где Sp – мощность трансформатора, потребляемая участком после компенсации, кВАр;

Pmax – суммарная активная максимальная мощность, кВт;

Qmax – суммарная реактивная максимальная мощность, кВАр

Qk – реактивная потребляемая мощность компенсирующего устройства, кВАр.

Мощность трансформатора, потребляемая с учетом 40% запаса, вычисляем по формуле:

Sm = 0,75 × Sp

где Sp – мощность трансформатора, потребляемая группой электроприемников после компенсации, кВА;

Мощность трансформатора с учетом климатических условий (среднегодовая температура отличается от Qср = 5о С) определяется из выражения:

где: Sm – мощность трансформатора, потребляемая с учетом 40% запаса

Qср – среднегодовая температура местности, где устанавливается трансформатор.

Sр =

Sm = 0,75 × 125,7 = 94,3 кВА

По расчетной мощности равной 94,3 кВА с учетом температуры местности и 40% запаса, принимаем к установке трансформатор типа ТМ-100/10 У1

2.4 Расчет и выбор силовой сети, сечения проводов и кабелей

Все приемники электроэнергии рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380 В, промышленную частоту 50 Гц, по степени надежности электроснабжения относятся ко второй категории, устанавливаются стационарно и по площади распределены равномерно.

Проводки электрических сетей от проходящего по ним тока, согласно закону Джоуля-Ленца, нагреваются.

Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания тока. Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельно допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наиболее длительно допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.

При расчете сети по нагреву рассчитывается ток для каждого электроприемника и группы электроприемников, питающихся от одного силового пункта:

Расчетный ток для группы электроприемников:

Iр =

где: Iр – расчетный ток;Uф – фазное напряжение.

Расчетный ток для каждого потребителя:

Iнр =

где: Рн – номинальная мощность электроприемника – кВт;

Uн – номинальное напряжение, В;

cosφ – коэффициент мощности электроприемника;

η – коэффициент полезного действия электроприемника;

Пример расчета электроприемников силового пункта СП.

Iнр1= 400/(1,73*380*0,5*0,9)=1,4(А)

Таблица 4. Расчетно-монтажные данные по цеху

По номинальному расчетному току по таблицам выбираем сечение проводов и кабелей и определяем способ прокладки.

Расчетный ток для группы электроприемников определяем в пункте 2.1

Imax = 110,4/(1,73 × 0,38) = 157,7 А

По расчетному току выбираем ШРА 73 с номинальным током 250 А, а от трансформатора до ШРА – кабель типа АСГ (95 × 4) (таблица) и выключатель ВА 52Г-33 Iн = 160 А. Для электроприемников по номинальному току определяем провод АПВ различного сечения. Все провода четырехжильные с поливинилхлоридной изоляцией марки АПВ, исключение составляет рабочее место электромонтажника, там устанавливают двухжильные.

Расчетные данные по данному силовому пункту сведены в Расчетно-монтажные таблицы Приложения.

План цеха с нанесением силовой сети представлен на листе формата А1.

2.5 Выбор аппаратов защиты и автоматики

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В, применяют силовые распределительные шкафы пункты.

Микроклимат в цехе нормальный, т.е. температура не превышает +30оС, отсутствует технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу электрооборудования.

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды изготавливают шкафы серии СП-62,ШРС-2П1У3,ШРС-53У3 и ШРС-54У3.

Наряду с указанными силовыми шкафами применяют распределительные пункты серии ПР-9000. В распределительные пункты встроены автоматические выключатели для автоматизации управления.

Силовые пункты и шкафы выбирают с учетом условий воздушной среды и числа подключаемых приемников электроэнергии.

Для кабеля от трансформатора до ШРА 73 распределительного устройства выбираем автоматический выключатель марки автомат серии ВА 52Г-33 из таблицы

3.3 Расчет ремонтной сложности электрооборудования

Категория ремонтной сложности электротехнического оборудования определяется по формуле:

∑R = R1 + R2 + R3 + … + Rп

где: R1 – категория ремонтной сложности электродвигателя;

R2 – категория ремонтной сложности панели управления

R3 – категория ремонтной сложности электроаппаратуры, электропроводки, расположенной непосредственно в агрегате.

Расчет ремонтной сложности оборудования по цеху:

1.                           Для станков токарной группы R = 8,5. В цехе установлено 2 станка данной группы, значит ∑R = 17

2.                           Для станков заточной группы R = 1,5. В цехе установлено 9 станков данной группы, значит ∑R = 13,5

3.                           Для станков шлифовальной группы R = 10. В цехе установлено 11 станков данной группы, значит ∑R = 110

4.                           Для вентилятора R = 4. В цехе установлено 3 вентилятора, значит ∑R = 12

Для большинства электротехнического оборудования категория ремонтной сложности определена и является справочной величиной.

Данные по категории ремонтной сложности представлены в таблице 5

Таблица 5 Ремонтная сложность электрооборудования

Заключение

В теоретической части проекта характеристики потребителей электроэнергии и категории электроснабжения, внутренние схемы электроснабжения.

В расчетной части проекта произведены расчеты электрических нагрузок, расчет и выбор компенсирующего устройства, выбор силового трансформатора, сечений проводов и кабелей, выбор защитных устройств.

В экономической части проекта рассмотрены вопросы планово-предупредительного ремонта электрооборудования, его особенности и произведен расчет ремонтной сложности электрооборудования участка.

Страницы: 1, 2