Нормативные ссылки

В настоящей дипломной работе использованы ссылки отраженные в таблице 1.

Таблица 1

Нормативные ссылки

Обозначение	Наименование
СНиП 1.02.01-85	Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений
ВСН 205-84	Инструкция по проектированию электроустановок систем автоматизации технологических процессов
ГОСТ 2.105-95	ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
ГОСТ 2.701-84	Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению
ГОСТ 2.702-75	ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
ГОСТ 2.703 - 68	ЕСКД. Правила выполнения кинематических схем
ГОСТ 2.708-81	Правила выполнения электрических схем цифровой и вычислительной техники
ГОСТ 2.709-72	Система обозначения цепей в электрических схемах
ГОСТ 2.752-71	Обозначения условные графические в схемах. Устройства телемеханики
ГОСТ 2.755-87	Обозначения условные графические в схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения
ГОСТ 2.754-72	Обозначения условные графические электрического оборудования и проводок на планах
ГОСТ 2.201-80	Обозначение изделий и конструкторских документов
ГОСТ 2.601-95	Эксплуатационная документация (ЕСКД)
СМК ЮКГУ ПР 7.04-2012	Правила оформления учебной документации. Общие требования к графическим документам
СНиП 3.05.07-85	Системы автоматизации
СНиП III-4-80	Техника безопасности труда в строительстве
ВСН-329-78	Инструкция по технике безопасности при монтаже и наладке приборов контроля и средств автоматизации
ПТЭ	Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
ПТБ	Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей

Обозначения и сокращения

В дипломной работе использованы обозначения сокращения, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Обозначения и сокращения

Обозначение	Наименование
Рном	номинальная мощность, (кВт)
f1	частота тока в сети, (Гц)
Tmax	Число часов использования максимума
ах , а у	математические ожидания случайных координат
,	дисперсия случайных координат
hx, hy	меры точности случайных величин х и у
w	параметр потока отказов, (1/год)
	среднее время восстановления питания по цепи
	коэффициент простоя цепи
	вероятность безотказной работы цепи
ky	ударный коэффициент
	термически устойчивое сечение кабеля, мм2
Тср.в	среднее время восстановления, ч
Тпл	продолжительность планового ремонта, ч
Соб	сметная стоимость оборудования
Нам	норма амортизационных отчислений
Зпл.р	затраты на плановый ремонт
R	Уровень рентабельности оборудования
Е	наименьшая нормируемая освещенность, люкс (лк)
F	световой поток каждой из ламп, люмен (лм)
КОП	категория опасности предприятия
Mi	масса выброса вещества, т/год
ПДКi	среднесуточная предельно-допустимая концентрация вещества, мг/м3
РУ	распределительное устройство
ЦЭН	центр электрических нагрузок
ЦРП	центральный распределительный пункт
ТП	трансформаторная подстанция
КЗ	короткое замыкание
I	ток
U	напряжение
P	активная мощность
Q	реактивная мощность
S	полная мощность

Определения

Электроустановка – это совокупность машин, аппаратов, ли­ний электропередачи и вспомогательных устройств, предназна­ченных для производства, преобразования, трансформации, пе­редачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.

Коротким замыканием - называется непосредственное соединение между любыми точками разных фаз, фазы и нулевого провода и нулевого провода или фазы с землей, не предусмотренное нормаль­ными условиями работы установки.

Электрическая машина – представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергией.

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначен­ный для включения и отключения тока.

Разъединителем - называется электрический аппарат для опера­тивного переключения под напряжением участков сети с малыми токами замыкания на землю и создания видимого разрыва.

Электроэнергетическая (электрическая) система - это совокупность электрических частей элек­тростанций, электрических сетей и потребителей электро­энергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления элек­троэнергии.

Электрическая сеть — это совокупность электро­установок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи.

Электрическая подстан­ция - это электроустановка, предназначенная для преобра­зования и распределения электрической энергии.

Группой соединений обмоток трансформатора - называется угловой сдвиг между одноименными векторами линейных напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Распределительное устройство (РУ) – это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, а также устройства защиты, автоматики, телемеханики, связи и измерений.

Коммутационная аппаратура - предназначена для проведения включений и отключений (коммутаций) в схемах РУ. В качестве основных элементов коммутационной аппаратуры можно выделить силовые выключатели и разъединители. К этой же аппаратуре относятся выключатели нагрузки и плавкие предохранители.

Введение

В современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т.е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройств, посредством которых производится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологических процессов.

Процесс изготовления автомашины складывается из операций, в которых используется разнообразное технологическое оборудование. При этом основная часть современных автомашин изготовляется методами поточно-массового производства. Машиностроение характерно многообразием процессов, использующих электроэнергию: литейное производство, сварка, обработка металлов и материалов давлением и резанием, термообработка и т.д. Предприятия машиностроения широко оснащены электрифицированными подъемно-транспортными механизмами, насосными, компрессорными и вентиляторными установками.

Для обеспечении подачи электроэнергии от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения состоящие из сетей напряжением до 1000 В и выше и трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций. В современных многопролетных цехах автомобильной промышленности широко используют комплектные трансформаторные подстанции (КТП), комплектные распределительные установки (КРУ), силовые и осветительные шинопроводы, аппараты коммутации, защиты, автоматики, контроля, учета и так далее. Это создает гибкую и надежную систему электроснабжения, в результате чего значительно уменьшаются расходы на электрообеспечение цеха.

Автоматизация затрагивает не только отдельные агрегаты и вспомогательные механизмы, но во все большей степени целые комплексы их, образующие полностью автоматизированные поточные линии и цехи.

Первостепенное значение для автоматизации производства имеют многодвигательный электропривод и средства электрического управления. Развитие электропривода идет по пути упрощения механических передач и приближения электродвигателей к рабочим органам машин и механизмов, а так же возрастающего применения электрического регулирования скорости приводов.

Целью работы является проектирование электроснабжения механического цеха №2 « ». Основной задачей настоящей работы является проектирование надежного бесперебойного электроснабжения приемников цеха с минимальными капитальными затратами и эксплуатационными издержками и обеспечение высокой безопасности.

Основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатываемой в нашей стране.

Актуальность данной работы заключается в том, что ввод в действие новых предприятий, расширение существующих, рост энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологии во всех отраслях производств выдвигают проблему их рационального электроснабжения.

Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования.

1 Аналитическая часть

Механический цех относится к основному производству машиностроительного предприятия. В нем выполняются операции по обработке деталей после отливки и доведение их до завершенного состояния с последующей отправкой в цех сборки. Преобладает оборудование по обработке металлов резанием. Присутствуют станки массового производства с ЧПУ, а также конвейерные линии.

Цех состоит из четырех пролетов, шириной по 12 м. Согласно требуемой технологии обработки изделий цех оснащен современным технологическим оборудованием – это металлорежущие станки, электропечи, точечные и шовные сварочные машины. Имеется общепромышленное оборудование – это подъемно-транспортные механизмы, насосы, вентиляторы

Характеристика потребителей электрической энергии. Выбор напряжения и схемы электроснабжения приемников цеха

Основными потребителями электрической энергии механического цеха являются металлорежущие станки, точечные и шовные сварочные машины, насосы, вентиляторы, электропечи и краны. Цех оснащен станками различного назначения: токарные, сверлильные, шлифовальные, фрезерные, плоско и круглошлифовальные, заточные, координатно-расточные, МРС с ЧПУ и другие.

Согласно Правилам Устройства Электроустановок электроприемники по бесперебойности электроснабжения относятся ко II и III категории. Электроприемники работают в повторно-кратковременном (ПКР) и длительном режимах.

Важной технической задачей, которую нужно решать при проектировании электроснабжения, является выбор напряжения силовой и осветительной сети. От правильности выбора будут зависеть потери напряжения, электроэнергии и многие другие факторы. Выбор напряжения основывается на сравнении технико-экономических показателей различных вариантов. При выборе напряжения для питания силовых и осветительных потребителей следует отдавать предпочтение варианту с более высоким напряжением, так как чем больше величина U, тем меньше ток в проводах, тем меньше сечение, меньше потери мощности и энергии.

Согласно ПУЭ и ПТЭ в РК для электроустановок с U ≤ 1000 В приняты следующие стандартные напряжения переменного тока: 110 В, 220 В, 380 В, 660 В. Наибольшее распространение на предприятиях машиностроительной промышленности получила система трехфазного тока напряжением 380/220 В частотой 50 Гц с глухозаземленной нейтралью. Широко используется так же система напряжения 660/380 В.

Для данного механического цеха применяем систему трёхфазного переменного тока с напряжением 380/220 В с глухозаземлённой нейтралью, что позволяет питать от одних и тех же трансформаторов силовые и осветительные нагрузки. Силовые потребители питаются напряжением 380 В, а освещение напряжением 220 В. Согласно требований Техники Безопасности питание цепей управления и местного освещения осуществляется пониженным напряжением: Цепи управления питаются напряжением 110 В, освещение 12 В или 24.

При питании силовой и осветительной сети от однотрансформаторной ТП возникает мигание света осветительных приборов, так как происходит запуск мощных двигателей и возникают большие пусковые токи. Поэтому питание осуществляют от двухтрансформаторной КТП. Силовые приемники с большими и частыми пиковыми нагрузками нужно подключить к одному из трансформаторов КТП, а более «спокойную» нагрузку к другому трансформатору. В этом случае рабочее освещение необходимо запитывать от трансформатора с постоянной нагрузкой, а аварийное освещение от трансформатора с динамической нагрузкой, с тем чтобы обеспечить надлежащее качество рабочего освещения.

Выбор схемы электроснабжения приемников цеха зависит от многих факторов:

• мощности отдельных потребителей;

• расположения потребителей;

• площади цеха;

• технологического процесса цеха, определяющего категорию электроприемников по бесперебойности электроснабжения.

Система электроснабжения должна удовлетворять следующим требованиям:

• удобство и надежность обслуживания;

• надлежащее качество электроэнергии;

• бесперебойность и надежность электроснабжения как в нормальном, так и в аварийном режиме;

• экономичность системы, то есть наименьшие капитальные затраты и эксплуатационные издержки;

• гибкость системы, то есть возможность расширения производства без существенных дополнительных затрат.

Для передачи и распределения электроэнергии к цеховым потребителям применяем наиболее совершенную схему блока «трансформатор – магистраль», что удешевляет и упрощает сооружение цеховой подстанции. Такие схемы очень распространены и обеспечивают гибкость системы и ее надежность, а также экономичность в расходе материалов.

Электроснабжение выполняется магистральными шинопроводами, запитываемыми непосредственно от РУ – 0,4 цеховой КТП, к которым присоединяются распределительные шинопроводы, а от них радиальными линиями осуществляется питание всех электроприемников. Ответвления от ШМА к ШРА и от ШРА к отдельным приемникам выполняются проводами в тонкостенных трубах.

2 Технологическая часть

2.1 Классификация и общие характеристики потребителей электроэнергии

Характеристика механического цеха, электрических нагрузок и его технологического процесса.

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения

Участок механического цеха (УМЦ) предназначен для выпуска передней оси и заднего моста грузовых автомобилей.

Цех является составной частью производства АО «Карданвал».

УМЦ предусматривает производственные, вспомогательные, служебные и бытовые помещения. УМЦ получает электроснабжение (ЭСН) от собственной цеховой трансформаторной подстанции (ТП), расположенной на расстоянии 1,5 км от подстанции глубокого ввода (ПГВ) завода. Проводимое напряжение- 6, 10 или 35 кВ.

ПГВ подключена к энергосистеме (ЭСН), расположенной на расстоянии 8 км.

Потребители электроэнергии относятся к 2 и 3 категории надежности электроснабжения.

1. Приемники 2 категории - перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому не допуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;

2. Приемники 3 категории – остальные приемники, неподходящие под определение 1 и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.

Количество рабочих смен- 2.

Грунт в районе цеха- глина с температурой + 5 С. Каркас здания сооружен из блоков-секций длинной 6 и 8 м каждый.

Размеры участка А х В х Н = 50 х 30 х 9 м.

Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 4,2 м.

Классификация здания объекта по взрывобезопасности, пожаробезопасности и электробезопасности

Электроснабжение участка механического цеха по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.

По электробезопасности цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе очень много токоведущих частиц (пыли, стружки и т.д.) металла, которые оседают на ЭО. Также возможно соприкосновение обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.

Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это режим, при котором превышение температуры нагрева электроприемника над температурой окружающей среды достигает определенной величины τ_уст. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.

Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков и другого оборудования.

Повторно-кратковременный режим – это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.

2.2Определение электрических нагрузок по группам приемников

Расчет мощности на электроосвещение цеха

Достаточная освещённость рабочей поверхности – это необходимое условие для обеспечения нормальной работы человека и высокой производительностью труда.

Для механического цеха принимаем систему комбинированного освещения, состоящего из общего равномерного и местного освещения.

Расчёт мощности ведём методом «удельных мощностей». Суть этого метода в том, что установленная мощность светильников зависит от нормируемой освещённости цеха, высоты подвеса светильника, площади освещаемой поверхности, коэффициентов отражения потолка, рабочей поверхности и стен.

Освещение в цехе производим лампами ДРЛ. Согласно заданию среда в цехе нормальная, принимаем тип светильника УПДДРЛ. [1]

Норма освещённости согласно СНиП цехов машиностроительных заводов при освещении их лампами ДРЛ и люминесцентными лампами в зависимости от типа производства может лежать в пределах от 100 – 300 Лк.

Норму освещённости для производственных помещений цеха принимаем Е_нор. = 200 Лк. [1]

Высота подвеса светильника над рабочей поверхностью Н_р., м определяется по формуле: Н_р. = Н – h_c. – h_p., м (1)

где Н – высота помещения цеха, м.

Н = 6 м;

h_c. – расстояние светильников от перекрытия, м. h_c. = 0,7 м;

h_p. – высота рабочей поверхности над полом, м. h_р. = 0,8 м.

Н_р. = 6 – 0,7 – 0,8 = 4,5

Площадь освещаемой поверхности данного пролёта S_пр., м²:

S_пр. = B × L, м² (2)

где B – ширина цеха, м. B = 12 м;

L – длина цеха, м. L = 72 м.

S_пр. = 12 × 72 = 864 м²

Удельная мощность освещённости лампы ρ_уд., Вт/м², определяется исходя из удельной мощности освещения при освещенности 100 Лк.

Для светильников УПД ДРЛ Е_нор. = 100 Лк, ρ_уд. = 5,4 Вт/м² [1]

Для светильников УПД ДРЛ Е_нор. = 200 Лк, ρ_уд. = 5,4  2 = 10,8 Вт/м²

Допустимая мощность рабочего освещения одного пролета Р_р.о.пр., Вт:

Р_р.о.ц. = ρ_уд. × S_пр. (3)

Р_р.о.пр. = 10,8 × 864 = 9331,2 Вт

Выбираем мощность лампы ДРЛ [1] и технические данные заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Технические данные лампы дрл

Тип лампы	Светильник	Рн., Вт	Uл., В	Ф, Лм	Срок службы, час	Размер лампы, мм		Ток лампы, А
						D	L	рабочий	пусковой
ДРЛ 400	УПД ДРЛ	400	135	19000	10000	122	292	3,25	7,15

Число светильников рабочего освещения по пролету N_св, шт.

N_св = Р_р.о.св/Р_л = 9331,2/400 = 23,3 шт. (2.1)

Принимаем число светильников для пролета N_св = 24 шт.

При размещении светильников учитываем требования качества освещения, в частности направление света, а так же доступность их для обслуживания. Расположение светильников в цехе производим в соответствии с рисунком 2.1.

Рисунок 2.1 Расположение светильников в пролёте

Число пролетов в цехе i = 4 (по заданию)

Мощность рабочего освещения производственных помещений цеха P_p.о, кВт

P_p.о = N_св х Р_л х i = 24 х 400 х 4 = 38400 Вт = 38,4 кВт (2.2)

В случае отключения рабочего освещения для продолжения работы предприятия предусматривается аварийное освещение. Мощность аварийного освещения производственных помещений цеха Р_ав., Вт принимают 10% (0,1) от рабочего освещения.

Р_ав. = 0,1 × 38,4 = 5,76 кВт

Для аварийного освещения выбираем лампы накаливания типа Г, мощностью 500 Вт с теми же светильниками. [1]

Таблица 2.2

Технические данные лампы аварийного освещения

Тип лампы	Светильник	Рн., Вт	Uл., В	Ф, Лм	Размер лампы, мм
					D	L	H
Г	УПД	500	220	8300	112	240	180

Мощность освещения бытовых помещений Р_бп, кВт определяем по формуле:

Р_бп = Р_уд._бп  S_бп

Согласно задания: Р_уд.бп = 25 Вт/м²; S_бп = 6  36 = 216 м²

Р_бп = 25  216 = 5400 Вт = 5,4 кВт

Общая мощность электроосвещения цеха Росв, кВт

Р_осв = Р_ро + Р_бп = 38,4 + 5,4 = 43,8 кВт

Расчёт электрических нагрузок

Расчет ведем методом упорядоченных диаграмм, по максимальной мощности, потребляемой цехом в течение первой 30 минутной наиболее загруженной смены.

Этот метод учитывает режим работы приемников, отличие их друг от друга по мощности и их количество.

В каждом пролете устанавливается по два ШРА на стойках или кронштейнах вдоль электроприемников.

Мощности электроприемников, работающих в ПКР, приводим к ПВ = 100% и выражаем в кВт [2]:

1 Номинальная мощность, приведенная к ПВ = 100%, Р_н.пв = 100%, кВт

а) МРС, насосы, вентиляторы, печи сопротивления, индукционные печи

Р_н.ПВ =100% =Рн

б) Сварочные машины точечные, U = 380В, cos  = 0,7, ПВ = 20%(0,2)

Р_{н.пв = 100%}= Sн x x cos . (2.3)

S_н=100кВА,

Суммарная мощность

в) Электродвигатели кранов G = 10 т

Р_н1= 11 кВт; Р_н2= 2,2 кВт; Р_н3= 16 кВт; ПВ = 25% (0,25)

Р_{н.ПВ = 100%} = Рн х ПВ (2.4)

Где Р_н – номинальная суммарная мощность всех электродвигателей крана, кВт

Рн= Р₁+ Р₂ + Р₃ =11 + 2,2 + 16=29,2 кВт

Р_{н.пв = 100%} = 29,2 х 0,5 = 14,1 кВт

2 Для всех электроприемников определяется cos и соответственно tg [2]

3 Сменная активная мощность за наиболее загруженную смену Р_см, кВт

Р_см = К_и х Р_н, (2.5)

Где Ки – коэффициент использования электроприемников. Для точечных сварочных машин Ки = 0,2;

Р_см= 62,6 х 0,2 = 12,52 кВт.

4 Сменная реактивная мощность Q_см, кВА

Q_см = Р_cм х tg . (2.6)

Для точечных сварочных машин tg  = 1,33; Q _см = 12,52 х 1,33 = 16,65 кВА.

Расчет максимальной нагрузки

Определяем показатель силовой сборки для группы приемников, m

, (2.7)

где Р_{н мах} – номинальная мощность наибольшего электроприемника в группе, кВт;

Р_н.мin – номинальная мощность наименьшего электроприемника в группе, кВт

Для сварочных точечных машин Рн мах = 31,3 кВт; Р н.мin = 31,3 кВт;

.

Для МРС Рн мах = 30 кВт; Р н.мin = 13 кВт;

Определяем эффективное число электроприемников n_э, по формуле

n_э=n*_э х n, (2.8)

где n*_э – относительное эффективное число электроприемников;

n – общее количество приемников, подключенных к силовому проводу.

n^*_э= f (n*; Р*),

где n^* – относительное число наибольших по мощности электроприемников

, (2.9)

где n' – число приемников с единичной мощностью больше или равной

К 6 ШРА подключено 11 электроприемников, n=11. Максимальная мощность единичного электроприемника Р_{н макс} = 31,3 кВт, отсюда

Число приемников с Рн  15,65 кВт,

n' = 8 шт.

Суммарная мощность этих электроприемников Р_н = 200,6 кВт.

Относительное эффективное число n* электроприемников

Относительная мощность наибольших электроприемников Р^* в группе

.

Для n* = 0,73 и Р* = 0,84 n*_Э = 0,9 [2]

n_э = n* _Э х n = 0,9 х 11 =9,9.