Електропостачання механічного цеху

Зміст

Вступ

1. Загальна частина

1.1 Характеристика споживачів електричної енергії. Вихідні дані і визначення категорії електропостачання

1.2 Вибір роду струму. Величини напруги для живлення споживачів

2. Розрахункова частина

2.1 Розрахунок електричних навантажень

2.2 Компенсація реактивної потужності і вибір місця розташування компенсуючи пристроїв

2.3 Вибір числа і потужності трансформаторів, типу і числа підстанцій

2.3.1 Техніко-економічне порівняння вибраних варіантів

електропостачання

2.4 Розрахунок і вибір постачальних і розподільчих мереж високої

напруги

2.5 Розрахунок струмів короткого замикання

2.6 Перевірка електрообладнання на дію струмів к.з

2.7 Обґрунтування конструктивного виконання електромереж напругою до 1000 В

2.7.1. Розрахунок і вибір магістральних і розподільчих мереж напругою до 1000 В, захист від струмів перевантаження і короткого замикання. 36

2.8. Вибір вимірювальних приладів, приладів обліку і місце їх приєднання

3. Охорона праці

3.1 Розрахунок заземлюючого пристрою

Література

Вступ

Надійність електропостачання залежить від надійності внутрішньої схеми, монтажу, налагодження електроустановок самих споживачів. У сільській місцевості практично зникли підприємства «Райагроенерго», енергослужби підприємств недержавної форми власності скорочуються. Цей процес негативно впливає на технічний стан електричних мереж сільськогосподарського призначення. Однак у деяких областях, зокрема у Вінницькій та окремих районах інших областей, підприємства Райагроенерго збереглись і «виживають» за рахунок виконання незначних замовлень непрофільного для них характеру. При цьому місцеві сільськогосподарські підприємства не мають реальної можливості експлуатувати власні електроустановки та мережі.

Як варіант, доцільно запропонувати Мінагрополітики України відродити централізоване обслуговування електроустановок та мереж сільськогосподарського призначення, а можливо і внутрішньобудинкових у приватному секторі, силами районних підрозділів агроенергетики.

Слід окремо виділити проблему утримання охоронних зон повітряних та кабельних електричних мереж, особливо ПЛ, які проходять через лісові масиви та зелені насадження населених пунктів. Перевірками виявлено, що траси ПЛ здебільшого не розчищаються, в охоронних зонах розміщуються об'єкти господарської діяльності, яких виявлено понад 6200.

Держенергонаглядом направлено 370 звернень до органів державної влади з метою виправлення ситуації, що склалася.

В свою чергу, електропередавальні організації вкрай недостатньо взаємодіють з органами лісового та сільського господарства з цього питання через недосконалість нормативно-правової бази у цій сфері діяльності. При погіршенні погодних умов, навіть коли їх параметри не виходять за нормативні, відбувається значна кількість масових відключень, особливо ПЛ 0,38–10 кВ. У той же час, за оцінкою електропередавальних організацій ці мережі, в основному, знаходяться у задовільному, а то і в доброму технічному стані. З урахуванням зростання навантаження, особливо у побутовому секторі, у сільській місцевості та малих містах, практично в усіх електропередавальних організаціях розвиток і модернізація електромереж не відповідає дійсним потребам збільшення приєднаної потужності. Точка забезпечення приєднаної потужності за технічними умовами зміщується аж у мережі 110 кВ.

Як підсумок слід зазначити, що Мінпаливенерго та Держенергонагляд й надалі посилюватимуть вимоги щодо забезпечення електропередавальними організаціями якості та надійності електропостачання споживачів на основі підвищення рівня ремонтно-експлуатаційного обслуговування мереж та обладнання, збільшення обсягів модернізації, реконструкції та технічного переоснащення електромереж, підвищення рівня кваліфікації оперативного та експлуатаційного персоналу і, як наслідок, підвищення рівня безпеки в роботі мереж та обладнання.

У найближчому майбутньому перед енергетикою стоїть задача всесвітнього розвитку і використання відновлених джерел енергії, розвитку комбінованого виробництва енергії і тепла для централізованого теплопостачання промислових міст. Але з розвитком електроенергії необхідно слідкувати за охороною природи від шкідливого впливу промислових відходів і викидів.

В наслідок цього перед суспільством постали такі задачі з охорони навколишнього середовища: перехід на газ, що різко знизить викиди золи і окисів сірки; зменшення і повне запобігання викиду неочищеної стічної води в басейни морів; прискорене створення надійних і економічних установок, які вловлюють шкідливі викиди та ін.

Утворення і розвиток міжнародної співпраці в області охоронного середовища буде сприяти успішному вирішенні національних і міжнародних проблем охорони природи, обміну досвідом в розробці природоохоронних територій, контролю за забрудненням навколишнього середовища.

1. Загальна частина

1.1 Характеристика споживачів електроенергії. Вихідні дані і визначення категорії електропостачання

Характеристика споживачів електроенергії

До загальнопромислових установок відносяться вентилятори, насоси, компресори, і т.п. В них застосовуються асинхронні і синхронні двигуни трифазного змінного струму частотою 50 Гц, на напругах від 127В до 10 кВ, а там, де потрібне регулювання продуктивності, – двигуни постійного струму. Діапазон їх потужностей різний – від декількох кіловат (електродвигуни засувок, затворів, насосів подачі мастила і т. п.) до десятків мегават (повітродувки доменних печей, кисневі турбокомпресори). Основним агрегатам (насоси, вентилятори і т. п.) властивий тривалий режим. Електродвигуни засувок, затворів і т. п. працюють в короткочасному режимі. Їх коефіцієнт потужності знаходиться в межах 0,8–0,85. Синхронні двигуни працюють в режимі перезбуджування.

Дана група електроприймачів відноситься, як правило, до першої категорії надійності, а на деяких виробництвах, особливо хімічної промисловості, – до «особливої» групи тієї ж категорії. Деякі вентиляційні і компресорні відносяться до другої категорії надійності.

На промислових підприємствах переважає електропривод виробничих механізмів. Залежно від технологічних особливостей механізму або агрегату використовуються всі види двигунів змінного і постійного струму потужністю від декількох кіловат до декількох мегават, на номінальні напруги до 10 кВ.

Регульований електропривод технологічних механізмів і двигуни верстатів з підвищеною швидкістю обертання одержують живлення від перетворювальних установок. Режими їх роботи різні і визначаються режимом механізму.

Як правило, електропривод технологічних механізмів відноситься до другої категорії надійності. Виняток становлять ті механізми і установки, які по своїх показниках відносяться до першої категорії надійності (технологічне устаткування підприємств нафтохімічної промисловості, деякі унікальні металообробні верстати і т. п.).

Перетворювальні установки на промислових підприємствах служать для живлення електроприймачів механізмів і установок, які через особливості технологічних режимів повинні працювати або на постійному, або на змінному струмі з частотою, відмінною від 50Гц. Споживачами постійного струму є: електропривод механізмів з широким регулюванням швидкості і реверсуванням, електрофільтри, електролізні установки, внутрішньозаводський електротранспорт.

Перетворювачами струму служать двигуни-генератори, ртутні і напівпровідникові випрямлячі, що живляться від трифазних мереж змінного струму промислової частоти на напругах до 110 кВ. Показники і характер роботи перетворювальних установок залежать від підключеного до них технологічного устаткування. Коефіцієнт потужності залежить від типу перетворювача і його призначення, він змінюється в межах 0,7–0,9.

До електротехнологічних установок відносяться електронагрівальні і електролізні установки, установки електрохімічної, электроіскрової і ультразвукової обробки металів, електромагнітні установки (сепаратори, муфти), устаткування електрозварювання.

Електронагрівальні установки об'єднують електричні печі і електротермічні установки, які за способом перетворення електроенергії в теплову розділяються на печі опору, індукційні печі і установки, дугові електричні печі, печі конденсаторного нагріву.

Печі опору одержують живлення від трифазних мереж змінного струму частотою 50 Гц, в основному на напрузі 380/220В або на більш високій напрузі через знижуючі трансформатори. Випускаються печі в одно- і трифазному виконанні, потужністю до декількох тисяч кіловат. Коефіцієнт потужності для печей прямої дії 0,7–0,9, для печей непрямої дії – 1,0.

Індукційні плавильні печі випускаються зі сталевим осердям і без нього, потужністю до 4500 кВ•А. Живлення індукційних печей і установок гартування і нагріву здійснюється від трифазних мереж змінного струму частотою 50 Гц, на напрузі 380/220В і вище залежно від потужності. Індукційні плавильні печі без осердя і установки гартування і нагріву струмами високої частоти одержують живлення, змінним струмом частотою до 40 Мгц від перетворювальних установок, які, у свою чергу, живляться від мереж змінного струму промислової частоти.

Печі зі сталевими осердями випускаються в одно-, двох- і трифазному виконанні. Коефіцієнт потужності їх коливається в межах 0,2–0,8 (у індукційних установок підвищеної частоти – від 0,06 до 0,25).

Всі перераховані печі і установки індукційного нагріву відносяться до приймачів другої категорії надійності.

Дугові електричні печі за способом нагріву розділяються на печі прямого, непрямого і змішаного нагріву. Потужність нинішніх дугових електропечей майже 100–125 МВ•А. Коефіцієнт потужності 0,85–0,95. Відносно надійності електропостачання дугові печі відносяться до приймачів першої категорії.

Вакуумні електричні печі для виплавки високоякісних сталей і спеціальних сплавів відносяться до приймачів особливої групи першої категорії, оскільки перерва в живленні вакуумних насосів приводить до дорогого браку. Електролізні установки відносяться до приймачів першої категорії надійності. Коефіцієнт потужності складає 0,8–0,9.

Електрозварювальне обладнання живиться напругою 380 або 220 В змінного струму промислової частоти. Електрозварювальне обладнання працює в повторно-короткочасному режимі. Коефіцієнт їх потужності коливається в межах 0,3–0,7. Зварювальні установки по ступеню надійності відносяться до другої категорії.

Потужність електроприводів підйомно-транспортних пристроїв визначається умовами виробництва і коливається від декількох до сотень кіловат. Для їх живлення використовується змінний струм 380 і 660 В і постійний струм 220 і 440 В. Режим роботи повторно-короткочасний. Навантаження на стороні змінного трифазного струму – симетричне. Коефіцієнт потужності змінюється відповідно до навантаження в межах від 0,3 до 0,8. По надійності электропостачання підйомно-транспортне устаткування відноситься до першої або другої категорії (залежно від призначення і місця роботи).

Електричні освітлювальні установки є в основному однофазними приймачами. Лампи світильників мають потужності від десятків ватів до декількох кіловатів і живляться на напругах до 380 В. Світильники загального освітлення (з лампами розжарювання або газорозрядними) живляться переважно від мереж 220 або 380 В. Світильники місцевого освітлення з лампами розжарювання на 12 і 36 В живляться через знижуючі однофазні трансформатори. Характер навантаження – тривалий. Коефіцієнт потужності для світильників з лампами розжарювання – 1,0, з газорозрядними лампами – 0,96.

Електроосвітлювальні установки відносяться до другої категорії надійності.

Вихідні дані для курсового проектування

Для виконання курсового проекту мені задані наступні дані:

Табл. 1

Режим роботи довготривалий, Квик-0.7, струм змінний трьохфазний.

Виготовлення механічних деталей, середовище нормальне.

Визначення категорії електропостачання

Щоб забезпечити підприємство електроенергією високої якості без зриву плану виробництва і не допустити аварійних перериві в електропостачанні потрібна надійність електропостачання.

Згідно завданню до курсового проекту маємо споживачів IІ і ІII-ї категорії 70%. Підприємство відноситься до ІI-ї категорії електропостачання споживачів. З цього робимо висновок, що підприємство повинно забезпечуватись електроенергією з двома джерелами живлення. Тому, що I категорія електропостачання включає в себе такі електроприймачі, перерва у електропостачанні яких зв’язана з небезпекою для життя людей, нанесенням значної шкоди народному господарству, розладом складного технологічного процесу, пошкодженням устаткування, масовим браком продукції.

До II-ї категорії відносяться електроприймачі, перерва в електропостачанні яких може призвести до великого недовідпуску продукції, простою технологічних механізмів, робочого, промислового транспорту. Перерва у електропостачанні приймачів допускається на час, який необхідний для включення резервного живлення силами експлуатаційного персоналу, але не більше 1 доби.

До III-ї категорії відносяться електроприймачі несерійного виробництва продукції, допоміжні цехи, комунально-господарські споживачі, сільськогосподарські заводи. Для цих електроприймачів електропостачання може бути від одного джерела живлення при умові, що перерва у електропостачанні, необхідна для ремонту та заміни пошкодженого елемента системи електропостачання, але не більше 1 доби.

1.2 Вибір роду струму. Величини напруги для живлення споживачів

Основними групами електроприймачів є електродвигуни промислових механізмів, зварювальні апарати, печі і силові трансформатори, світильники всіх видів штучного світла і т. д.

По роду струму розрізняють електроприймачі, які працюють від мережі змінного струму промислової частоти f=50Гц.

Змінного струму збільшеної або пониженої частоти: від мережі постійного струму

По напрузі елекроприймачі класифікуються на дві групи:

1)Електроприймачі, які отримують живлення безпосередньо від мережі 3.6 і10 кВ

2)Електроприймачі живлення яких економічно вигідно на напругу 380–660В

Окремі споживачі електроенергії виконуються для живлення високошвидкісних електродвигунів збільшеної частоти 180–400 Гц.

В нашому цеху живлення виконується від мережі 380 В і частотою струму 50 Гц.

2. Розрахункова частина

2.1 Розрахунок електричних навантажень підприємства

Розрахунок виконується по вузлам живлення системи електронавантаження в слідую чому порядку:

Приймачі поділяють на характерні технологічні групи для яких з довідників знаходять значення Кв і cos φ.

Для кожної технологічної групи розраховують середню активну і реактивну потужності:

Q сер = Р сер tg φ,

Де Кв=0.7

По вузлу живлення визначають: загальну кількість приймачів, їх сумарну установлену потужність, сумарну середню активну і реактивну потужності.

Знаходять значення групового коефіцієнта використання. Розраховують ефективне число приймачів.

Визначають розрахункову активну потужність:

Р_м = К_м · Р_сер

розрахункову реактивну потужність приймаємо Q_м=Q _сер (якщо n_е ≤ 10, то Q_м=1,1·Q_сер)

Підраховуемо сумарну активну потужність всіх споживачів однієї групи за формулою:

Рн1=n*Pн=32*7.5=240 кВт (2.2)

Аналогічно підраховуемо всіх споживачів і заносимо в табл.. №2.

Приймаемо для електроприймачів коеф. потужності cosφ=0.82

І tgφ=0.73

Визначаємо реактивну потужність за формулою

Qn=Pn* tgφ=7.5*0.73=5.5*32=176 квар. (2.3)

Приймаємо для груп споживачів коєф. використання Кв=0.7

Визначаємо для кожної групи однорідних споживачів середньо-активне навантаження за найбільш загружену зміну Рсм, а потім і реактивну Qсм за формулою:

Рсм=Рн*Кв=7.5*0.7=5.25 кВт (2.4)

Qсм= Рсм* tgφ=5.25*0.73=3.8 квар (2.5)

З справочної літератури знаходимо коєф. максимума Км=1.14

З врахуванням Км визначаемо розрахункове максимальне навантаження Рр,

Рр=Км* Рсмε=1.14*168=191.5 кВт (2.6)

Знаходимо реактивну потужність за формулою:

Qр= Рр* tgφ=191.5*0.73=142 квар (2.7)

Знаходимо повну потужність споживачів однієї групи:

Визначаємо струм за формулою:

2.2 Компенсація реактивної потужності і вибір місця розташування компенсуючи пристроїв

Електрична мережа представляє собою одне ціле, і правильний вибір методів компенсації для мереж промислового підприємства напругою до 1000 В, а також в мережі 6–10 кВ можна виконати при спільному вирішенні задачі.

На промислових підприємствах основні споживачі реактивної потужності приєднуються до мережі до 1000 В. Компенсація реактивної потужності споживачів може виконуватися при допомозі синхронних двигунів або батарей конденсаторів приєднаних безпосередньо до мережі до 1000 В.

При виборі компенсуючих приладів підтверджується необхідність їх комплексного використання як для підтримки режиму напруги в мережі, так і для компенсації реактивної потужності.

Потужність Qкб компенсуючого приладу(квар) визначается як різниця між фактичною найбільшою реактивною потужністю Qm навантаження споживача і граничною реактивною потужністю Qэ яка постачається підприємству енергосистемою по умовам режима роботи:

Qкб = Qм – Qэ = Pmax ((tg jм – tg jэ)) (2.1)

де Qкб – розрахункова потужність конденсаторної установки (кВар)

Qм-середне активне навантаження по цеху (кВар)

Qэ – реактивна потужність передаваєма підприємству з енергосистеми (квар)

Розрахуємо потужність конденсаторної установки, для цього використаємо формулу:

Qкб= 338 ∙ (0,73 – 0,33) = 135 квар (2.1)

Вибираемо типі потужність конденсаторної батареї:

АКБ‑3/50‑У3 Uн‑380/220В

Визначаємо переріз кабеля конденсаторної установки

З справочної літератури знаходимо кабель АВВГ 4х70 Iд‑270А

2.3 Вибір числа і потужності трансформаторів, типу і числа підстанцій

Визначення розрахункової потужності силових трансформаторів одно, або двотрансформаторних підстанцій 6…10/0,4 кВ виконується шляхом підсумовування розрахункових активних потужностей на головних ділянках ліній 0,38 кВ, що відходять від підстанції. Вибір типу і схеми живлення підстанції, а також числа трансформаторів зумовлений величиною і характером електричних навантажень.

ТП повинні розміщуватися як можна ближче до споживачів. Для цього повинні приміняться внутріцехові підстанції а також пристроєні до цеху.

ТП повинні розміщуватися за цехом тільки при неможливості розміщення всередині або при розміщенні частини навантажень за цехом.

Число і потужність трансформаторів вибираються по перевантажувальній можливості трансформатора. Для цього по добовому графіку навантажень споживача встановлюється довго тривалість максимуму навантажень t і коєф. заповнення графіка

Кз.г. = Sср / Smax (2.3.1)

Де Sср і Smax середнє і максимальне навантаження трансф.

По значенням Кз.г і t визначается коєф. Кратності допустимого навантаження. (1; стр. 222)

Кн = Smax / Sном = Imax / Iном (2.3.2)

В даному проекті Кн=1.23

Розрахуємо номінальну потужність трансформатора з врахуванням коєф. кратності допустимого навантаження і максимальної потужності з врахуванням розрахункової потужності конденсаторної батареї.

 кВ∙А (2.3.3)

Визначаємо номінальну потужність одного трансформатора:

 кВ·А (2.3.4)

Вибираємо з довідника потужність трансформатора і його тип:

ТМ 250/10 (5) с. 199 табл. 2.90

Визначаємо коефіцієнт завантаження в нормальному режимі при максимальному навантаженні за формулою:

 що відповідає економічному режиму. Перевіряємо установлену потужність трансформатора в аварійному режимі на перевантажуючу здібність за формулою:

1,4·250>0,70·465

Звідси випливає, що вибрана потужність трансформатора забезпечує електропостачання підприємства як в нормальному так і в аварійному режимах. Вибраний тип трансформатора заношу в таблицю:

Табл. 4

Для живлення цеху вибираю одну комбіновану підстанцію з двома трансформаторами. На основі розрахованої потужності трансформаторів вибираємо підстанцію згідно літератури (4) c. 135 табл. 2.22

Тип і потужність підстанції: ТП‑2–250–10/04

Вартість підстанції складає 60 тис. грн.

2.3.1 Техніко-економічне порівняння вибраних варіантів електропостачання

Щоб вибрати найраціональніший варіант електропостачання, зазвичай розглядають не менше двох варіантів числа і потужності трансформаторів на підстанції, порівнюючи їх по техніко-економічних показниках. За перший варіант приймаємо розрахункову потужність трансформатора 250 кВ·А, а за другий варіант приймаємо трансформатор з потужністю на одну ступінь вище розрахункової 400 кВ∙А. Проводимо розрахунки для першого і другого варіанту, тим самим визначаємо економічну вигідність роботи трансформаторів по різних варіантах. Технічні характеристики беремо з каталогу.

Табл. 5

Визначаємо втрати потужності і енергії в трансформаторах за один рік їх роботи. Кun=0.05 кВт/кВ∙А – це коеф., який задається енергосистемою для даного заводу (цеху) у відповідності з його місцем знах