Введение

Система электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергии приемников электроэнергии, к которым относится:

- электродвигатели различных механизмов;

- электрические печи, электрические установки;

- электрические аппараты и машины;

- осветительные установки.

Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с развитием строительства электрических станций и широким внедрением электропривода в качестве движущей силы для различных механизмов. Электричество можно передавать на любое расстояние, превращать другие виды энергии, например: механическую, тепловую; делить между потребителями, получать в требуемом режиме, т.е. электричество явилось основой производственных процессов, которые до него не существовали. Передачи электрической энергии промышленных предприятий осуществляется линиями электропередач высокого напряжения и на большие расстояния. Энергию в электричестве удобно транспортировать по трём причинам:

- любой вид энергии относительно легко можно превратить в поток электрической энергии и наоборот;

- легко изменять интенсивность электрического потока. Например: трансформируя напряжения передачи;

- можно осуществлять гибкую систему передачи энергии потребителя и распределять между ними.

Существуют два основных пути увеличения передаваемой по линии мощности. Для этого надо, либо увеличивать напряжения, либо увеличивать количество параллельно идущих цепей передачи. Передачи мощности увеличивается пропорционально квадрату напряжения, а стоимость передачи пропорционально его первой степени.

1 Расчетная техническая часть

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения механического цеха

Механический цех – это цех, в котором изготавливается значительная часть деталей машин, технического оборудования, транспортных средств. Среда цехов нормальная. Системе электроснабжения это совокупность устройств, предназначенных для производства передачи и распределения электрической энергии.

В данном механическом цеху имеются следующие приемники:

Станки мощностью от 2,7 до 20 кВт и имеют частоту оборотов от 1000 до 1500. Характер нагрузки ровный. Относится ко II категории безопасности и работает в продолжительном режиме. Станки предназначены для обработки различных видов материала (металл, дерево и др.). имеющих различную форму и размеры. На станках обеспечивается высокая точность заданных размеров детали.

Сварочные машины шовные при ПВ=40%. Мощность составляет 7,5 кВа. Однофазная нагрузка. Относится к II категории по безопасности. Работает в повторно кратковременном. Электросварка необходима для не разъемного соединения между металлическими деталями.

Электропечи. Мощность 20 кВт. Характер нагрузки ровный, легкий. Относится ко II категории по надежности. Печи предназначены для доведения материала до жидкого состояния, закалки металлических деталей. Также применяется для фасонного литья, для нагрева деталей перед обработкой, сушки изоляционных материалов.

Вентиляторы мощностью 7,5. Характер нагрузки ровный относится ко II категории по надежности, работает в продолжительном режиме. Вентиляторы предназначены для проветривания помещений или поддержания особой температуры в помещение также необходимы для безопасной работы персонала.

Кран работает в повторно кратковременном режиме. Для этих устройств характерны частые толчки нагрузки. Кран это грузоподъемное устройство, служащее для вертикального и горизонтального перемещения грузов на не большие расстояния.

Продолжительный режим – в этом режиме электрические приемники работают с продолжительной и не изменой или мало меняющейся нагрузкой. Продолжительный режим это режим где аппарат или машина работает продолжительное время без превышения температур отдельных частей аппарата или машины свыше допустимых.

Повторно кратковременном режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения.

Так как все оборудование в механическом цехе относится ко II категории по надежности, то значит, цех тоже будет относиться к II категории по надежности.

Группа потребителей второй категории – это самая большая отрасль промышленных предприятий. Электроприемники этой группы также очень важны, но перерыв их электроснабжения связан только с массовым недоотпуском продукции, простоем людей, механизмов и промышленного транспорта. Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания.

1.2 Выбор схем электроснабжения и рационального напряжения для механического цеха

Основным источником электроснабжения промышленного предприятия являются районные электрические сети. Электрической сетью называются совокупность электра установок предназначенных для передачи и распределения электрической энергии на определенной территории. Электрические сети подразделяются по току сети переменного тока. Россия имеет следующие стандартные напряжения: 127В; 220В; 380В; 660В; 3кВ; 6кВ; 10кВ; 35кВ; 110кВ;160кВ; 330кВ; 500кВ; 750кВ; 1000кВ.

Электрическая энергия в системе электроснабжения распределяются по магистральным, радиальным и смешанным схемам. Радиальные схемы характеризуются тем, что от источника питания до распределительного щита трансформаторной подстанции отходят линии, питающие мощные электроприемники или групповые распределительные пункты, от которых в свою очередь отходят самостоятельные линии, питающие электроприемники. Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания; в них легко могут быть применены элементы автоматики. Однако, радиальные схемы требуют больших затрат на установку распределительных щитов, проводку кабеля и проводов.

Магистральные схемы находят наибольшее применение при равномерном распределении нагрузки по площади цеха. Они не требуют установки распределительного щита на подстанции, и распределение энергии выполняется по совершенной схеме блока «трансформатор-магистраль», что упрощает сооружение цеховой подстанции. При магистральных схемах, выполненных шинопроводами (типа ШМА и ШРА), перемещение технологического оборудования не вызывает переделок сети. Наличие перемычек между магистралями подстанций обеспечивает надежность электроснабжения при минимальных затратах на устройство резервирования. Выбираем для данного цеха схему электроснабжения с магистральным шинопроводом идущим от ТП, по распределительным винопроводам. В питающих и распределительных сетях небольших и средних. Предприятие применяет напряжение 6 кВ, а на рабочие места подходит 380В.

По этому выбираем 380/220В с глухозаземленной нейтралью. Потому что освещение можно подключать Толька с глухозаземленной нейтралью.

1.3 Расчет электрических нагрузок

1.3.1 Определение полной мощности потребителей механического цеха методом коэффициента максимума

Метод коэффициента максимума позволяет по номинальной мощности электроприемников с учетом их числа и характеристик определить расчетную нагрузку любого узла схемы электроснабжения.

Зная номинальную мощность группы электорприемников, их количество и пределы максимальной и минимальной нагрузки, можно определить среднюю нагрузку группы электроприемников за максимально загруженную смену и расчетный получасовой максимум.

Для этого необходимо определить среднюю нагрузку групп электроприемников за максимально загруженную смену и расчетный получасовой максимум. При расчете активную среднюю нагрузку групп электроприемников за максимально загруженную смену находим по формуле:

Р_см = К_и * Р_ном, (1) [Л1.3]

где Р_ном – суммарная номинальная активная мощность группы электроприемников, кВт,

К_и – коэффициент использования активной мощности, который характеризует связь между номинальной мощностью и средней ожидаемой нагрузкой, создаваемой этими электроприемниками за наиболее загруженную схему, определяется по справочнику.

Определяем среднюю реактивную нагрузку за максимально загруженную смену, Q_см, кВар, по формуле:

Q_см = Р_см * tg φ, (2) [[Л1.3]

где tg φ – коэффициент, соответствует коэффициенту мощности характерному для электроприемников данного режима работы.

Определяем расчетную активную максимальную нагрузку (получасовой максимум), Р_max, кВт по формуле:

Р_max = K_{max *} P_см, (3) [Л1.3]

где K_max – коэффициент максимума активной мощности. Данный коэффициент характеризует превышение максимальной нагрузки над средней нагрузкой за максимально загруженную смену.

Определяем реактивную максимальную нагрузку, Q_max, кВар, по формуле:

Q_max = K_{max *} Q_см, (4) [Л1.3]

Коэффициент максимума находится по справочным данным, исходя из зависимости коэффициента использования и эффективного числа.

Эффективное число электроприемников – это число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает ту же величину расчетного максимума мощности, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

Если в группе электроприемников больше четырех, то допускается принимать эффективное число, равное действительному числу, при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника к номинальной мощности наименьшего электроприемника определяется условием:

, (5) [Л1.3]

В соответствии с практикой проектирования систем электроснабжения установлено, что:

а) при m>3 и К_и>0,2, эффективное число находим по формуле:

n_эф= ; (6) [Л1.3]

б) при m>3 и К_и<0,2, эффективное число находим по формуле:

n_эф= ; (7) [Л1.3]

в) при m<3 и К_и<0,2, эффективное число и K_max равны 1.

После определения максимальной активной и реактивной мощностей, определяем полную мощность электроприемников S, кВ*А, по формуле:

, (8) [Л1.3]

Далее находим максимальную мощность цеха и максимальный ток I_max, кА, по формуле:

I_max= , (9) [Л1.3]

Таким образом делаем расчеты электрических нагрузок, показав далее подробный расчет по пролету АВ, ШРА 1.

ШРА 1

Находим общую установленную мощность - ,кВт:

Станки МРС:

=1*15=15 кВт

=4*19,5=78 кВт

=1*13=13 кВт

Электропечи:

=2*20=40 кВт

Р_см =0,14*15=2,1 кВт

Р_см =0,14*78=10,92 кВт

Р_см =0,14*13=1,82 кВт

Р_см =0,55*40=22 кВт

Q_см =2,1*1,33=2,79 кВар

Q_см =10,92*1,33=14,52 кВар

Q_см =1,82*1,33=2,42 кВар

Q_см =22*0,33=7,26 кВар

Итого:

Общая установленная мощность кВт:

=15+78+13+40=146 кВт

Р_см =2,1+10,92+1,82+22=36,84 кВт

Q_см =2,79+14,52+2,42+7,26=27 кВар

К_и=

n_эф округляем до целого:

n_эф =

K_max =2

Р_max =2*36,84=73,68 кВт

Q_max =2*27=54 кВар

кВ*А

I_max= кА

Таким же образом рассчитываются нагрузки для остальных шинопроводов.

Расчеты заносятся в таблицу №1.

1.3.2 Определение мощности освещения цеха методом удельной мощности

Расчет мощности на электроосвещение производим с той целью, чтобы знать полную нагрузку для механического цеха. Для пролетов выбираем рабочее и комбинированное освещение.

Рабочее освещение создает общую освещенность помещения или территории. Рабочее освещение предназначено для подлежащих условий видимости при нормальной работе устройств электроосвещения. Учитывая в цехе среду (нормальная) и в связи с этим выбираем светильники. Зная высоту цеха (7 м), принимаем к установке для рабочего освещения лампы люминесцентные. Расчет мощности на освещение ведем методом удельной мощности. Чтобы определить нагрузку освещения делаем расчет площади освещаемой поверхности одного пролета S_пр, м², по формуле:

S_пр = А * В (10) [Л1.1]

где А – ширина пролета,

В – длина пролета.

Затем, зная количество пролетов, определяем полную площадь цеха:

S_ц = S_пр * n (11) [Л1.1]

Находим по справочнику удельную мощность Р_уд ( для механического цеха она составляет 17,8 )

S_пр = 60 * 18 = 1080 м²

S_ц = 1080 * 4 = 4320 м²

Р_ц = 4320 * 17,8 = 76896 Вт

Р_бп =(18 * 6) * 5,2 = 561,6 Ва

Р_общ = 76896 + 561,6= 77457,6 Вт

Р_ав = 77457,6 * 0,1 = 7745,76 Вт

Определяем мощность бытовых помещений и находим полную мощность освещения, которую вносим в таблицу №1

1.4 Расчет и выбор питающих и распределительных сетей напряжением до 1000 В, выбор пусковой и защитной аппаратуры для пролета с подробной планировкой

1.4.1 Выбор и расчет шинопроводов цеха

Шинопровод - это устройство, предназначенное для передачи и распределения электрической энергии, состоящей из неизолированных или изолированных проводников, и относящимся к ним изоляторов, защитных оболочек, осветительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций.

По назначению шинопровода делятся на:

- магистральные (ШМА);

- распределительные (ШРА);

- троллейные (ШТМ).

ШМА предназначены для питания: ШРА, распределительных шкафов, распределительных сборок и мощных электроприемников. ШМА изготавливают на силу тока 1000, 1600, 2500, 4000 А и напряжением до 1000 В трехфазного тока.

ШРА выпускают на токи 100, 160, 250, 400, 630 А.

ШТМ предназначены дл питания электрических талей, тельферов и кранов. Он рассчитан на напряжение 380/220 В и номинальный ток до 200 А.

ШМА выбираем для цеха в целом по номинальному току, рассчитанному в таблице №1, из условия:

I_шма > I_max,

где I_шма – ток магистрального шинопровода, А

Выбор распределительных шинопроводов производим по максимальному расчетному току, из условия:

I_шра > I_max,

где I_шра – ток распределительного шинопровода, А

Таблица №2 Выбор шинопроводов цеха

№ ШРА	I ном, А	I доп, А	Тип ШРА
ШРА-1	139	160	ШРА-73-100
ШРА-2	136	160	ШРА-73-100
ШРА-3	343	400	ШРА-73-160
ШРА-4	349	400	ШРА-73-160
ШРА-5	192	250	ШРА-73-160
ШРА-6	185	250	ШРА-73-160
ШРА-7	268	400	ШРА-73-250
ШРА-8	286	400	ШРА-73-250
ШМА	1306	1600	ШМА-73-1600