ЗАДАНИЕ НА КП

Исходными данными для проектирования системы электроснабжения ре- монтно-механического цеха металлургического завода является план цеха и

ведомость нагрузок, представленная в табл. 1

Таблица 1

Технические данные электроприемников

№ на плане	Наименование ЭО	Рэо, кВт	п, hit
	Трехфазные длительного режима
1,2 v	Вентиляторы	30	2
6-8 и	Токарные автоматы	6	3
9-11 v	Зубофрезерные станки	10	3
12-14 v	Круглошлифовальные станки	6	3
20-25 v	Токарные станки	6	6
26,27 v/	Плоскошлифовальные станки	10,5	2
28-30 1/	Строгальные станки	17,5	3
31-34 ^	Фрезерные станки	8,5	4
35-37 V	Расточные станки	7,5	3
	Трехфазные повторно- кратковременного режима
38,39 V/	Краны мостовые	20	2
	Однофазные длительного режима
15-17	Заточные станки	2,5	3
18,19	Сверлильные станки	2,2	2
	Однофазные повторно- кратковременного режима
3-5	Сварочные агрегаты	12	3
	Осветительная установка
	Газоразрядные лампы в цехе	9-11 Вт/м2

ТРЕБУЕТСЯ

1. Разработать схему электроснабжения механического цеха.

2. Рассчитать нагрузки методом коэффициента максимума.

3. Выбрать силовой трансформатор напряжением 10 / 0,4 кВ.

4. Выбрать компенсирующие устройства.

5. Выбрать аппараты защиты и распределительные устройства.

6. Выбрать сечение электрических линий электроснабжения.

7. Проверить правильность выбора сечения проводов по потере напряжения. На листе 1 графической части изобразить план цеха с электрическими сетя­ми.

На листе 2 графической части изобразить однолинейную схему электроснабже­ния цеха.

СОДЕРЖАНИЕ

2,2 + 0 9

I — — — 45 д 18

ВВЕДЕНИЕ

Распределение и потребление электроэнергии, как на промышленных предприятиях, так и на объектах сельскохозяйственного назначения должны производиться с высокой экономичностью, безопасностью и требуемым каче­ством электроэнергии.

Для выполнения этих требований необходимо не только рационально построить схему электроснабжения, но и правильно выбрать соответствующее электрическое оборудование. Такие же задачи решаются и при реконструкции системы электроснабжения.

i ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта и настрой­ки электромеханических приборов, выбывающих из строя. Он является од­ним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два участка, в которых установлено все необходимое обо­рудование. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстан­ции, вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, админист­рации и др. Размеры цеха 48x28x9 м. Каркас здания цеха смонтирован из бло­ков-секций длиной 6 м каждый. Электроснабжение завода осуществляется от главной понизительной подстанции ГПП напряжением ЮкВ, расположенной на территории завода на расстоянии 0,9 км от цеха. По категориям надежности электроснабжения потребители цеха относятся к I и II категориям.

От правильного выбора категорий приёмников электроэнергии по степени бесперебойного питания для конкретного технологического производства во многом зависит выбор надёжной схемы электроснабжения, обеспечивающей в условиях эксплуатации минимальные затраты. В отношении обеспечения на­дежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории.

Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электро­снабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, зна­чительный материальный ущерб народному хозяйству; повреждение основного оборудования, массовый брак продукции. Они должны обеспечиваться элек­троэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников пита­ния. Перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одно­го из источников питания может быть допущен лишь на время автоматическо­го восстановления питания (насосы, вентиляторы, компрессоры, воздуходувки, технологическое оборудование предприятий нефтехимической промышленно­сти, некоторые уникальные металлообрабатывающие станки, дуговые печи). Из приемников первой категории выделяется «особая» группа, бесперебойная работа которых необходима дня безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения доро­гостоящего основного оборудования (насосы, компрессоры, вентиляторы для химической промышленности, вакуумные электрические печи для выплавки высококачественных сталей, подъемно-транспортное оборудование). Для электроснабжения особой группы должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника пита­ния.

Электроприемники II категории - электроприемники, перерыв электроснаб­жения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, массовым про­стоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта. Для них допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредивше­гося трансформатора за время не более 1 суток допускается питание электропри­емников II категории от одного трансформатора. Допускается питание электро­приемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей. К электроприемникам II категории надежности относится электро­привод технологических механизмов, электролизные установки, электросварочное оборудование, печи сопротивления, индукционные печи, подъемно- транспортное оборудование, электроосветительные установки.

Общепромышленные установки: компрессорная установка. Двигатели компрессоров - трехфазные асинхронные с короткозамкнутым ротором, рабо­тают в даительном режиме, не требуют регулирования частоты вращения. Мощность двигателя - 30 кВт, напряжение статорной обмотки - 380 В. Пита­ние двигателей производится переменным током промышленной частоты 50 Гц. Перерыв в электроснабжении недопустим, т. к. может повлечь за собой опасность для жизни людей и серьезное нарушение технологического процесса. Прекращение подачи сжатого воздуха на режущий инструмент может вызвать ранение обслуживающего персонала. Этот потребитель относится к I катего­рии электроснабжения. Компрессорная установка создает равномерную и симметричную по всем трем фазам нагрузку. Коэффициент мощности coscp = 0,6. Коэффициент использования равен Ки = 0,8.

Транспортировка и подъем грузов осуществляется мостовым краном. Кран работает в повторно-кратковременном режиме. Для него характерны час­тые толчки нагрузки. Ки = ОД. Коэффициент мощности изменяется в значи­тельных пределах 0,3-0,8. Принимаем средний coscp = 0,5; Рном. = 20 кВт. По бесперебойности питания относится транспортер к I категории надежности электроснабжения. Питается переменным током частотой 50 Гц, напряжением 380 В. Эта нагрузка считается симметричной по всем трем фазам.

Электродвигатели производственных механизмов для электропривода станков. Напряжение сети 380 В. Ток переменный частотой 50 Гц. По надеж­ности электроснабжения станки относятся ко II категории.

Электросварочные установки: трансформатор сварочный работает на переменном токе промышленной частоты, с напряжением 380 В. Он является однофазной нагрузкой с повторно-кратковременным режимом работы, нерав­номерной нагрузкой фаз с cos ф = 0,4; относятся к приемникам электрической энергии II категории надежности электроснабжения.

Электрические осветительные установки представляют собой однофаз­ную нагрузку, но при правильной группировке осветительных при- боров мож­но достичь равномерной нагрузке по фазам. Характер нагрузки равномерный, без толчков; cos (р для газоразрядных ламп 0,95. Напряжение питания 220 В. По надежности электроснабжения осветительные установки относятся ко II ка­тегории.

2 Характеристика помещений

По условиям окружающей среды производственные помещения делятся на три группы: нормальные помещения, опасные по коррозии и взрыво- и по­жароопасные помещения.

Заполним табл. 2, по условиям окружающей среды помещения предприятия относятся к нормальным, поэтому в качестве приводных асинхронных элек­тродвигателей приняты электродвигатели общего применения единой серии 4А со степенью защиты IP44.

Таблица 2

Классификация помещений

Наименование помещений	Категории			Условия ок­ружающей среды
	Взрывоопас- ности	Пожароопас- ности	Электроопас­ности
Вентиляционная	B-IIa	П-Па	ПО	Нормальные
Бытовка 1	Д	Д	БПО	Нормальные
Склад	Д	П-IIa	БПО	Нормальные
Сварочное отде­ление	Г	Г	БПО	Нормальные
Станочное отде­ление 1	Д	Д	БПО	Нормальные
Станочное отде­ление 2	Д	Д	БПО	Нормальные
Инструменталь­ная	Д	д	БПО	Нормальные
Административ­ное помещение	д	д	БПО	Нормальные
Бытовка 2	д	д	БПО	Нормальные
Трансформатор­ная подстанция	д	Д	БПО	Нормальные

1 Определение категории надежности

В цехе имеются электроприемники I и II категории надежности. Поэтому необходимо иметь не менее двух источников питания. Выбираем два трансфор­матора ддя питания силовой и осветительной нагрузки. Коэффициенты исполь­зования К_и и коэффициенты мощности coscp, tgcp берутся из приложений. Тех­нические данные электроприемников вносятся в табл. 3.

Таблица 3

Технические данные электроприемников

№ на плане	Наименование ЭП	Р кВт	п, шт	Ки		coscp	tg(p	Категория надежности
Трехфазные длительного режима
1,2	Вентиляторы	30	2	0,8		0,6	0,75	1
6-8	Токарные автоматы	6	3	0,14		0,5	1,73	2
9-11	Зубофрезерные станки	10	3	0,17		0,65	1,17	2
12-14	Круглошлифовапьные станки	6	3	0,14		0,5	1,73	2
20-25	Токарные станки	6	6	0,14		0,5	1,73	2
26,27	Плоскошлифовальные станки	10,5	2	0,14		0,5	1,73	2
28-30	Строгальные станки	17,5	3	0,17		0,65	1,17	2
31-34	Фрезерные станки	8,5	4	0,17		0,65	1,17	2
35-37	Расточные станки	7,5	3	0,17		0,65	1Д7	2
Трехфазные повторно - краткое					земенного режима
38,39	Краны мостовые ПВ = 60 %	20	2	ОД		0,5	1,73	1
Однофазные длительного режима
15-17	Заточные станки	2,5	3	0,14		0,5	1,73	2
18,19	Сверлильные станки	2,2	2	0,14		0,5	1,73	2
Однофазные повторно - кратковременного режима
3-5	Сварочные агрегаты	12	3	0,2		0,4	1,33	2
Осветительная установка
	ГРЛ в цехе	9-11 Вт/м2		0,85		0,95	0,35	2

Рис. 1. Схема электроснабжения цеха

k ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК

Электроприемники разбиваем на группы: трехфазного длительного ре­жима (ДР), трехфазного повторно-кратковременного (ПКР), однофазного по- вторно-кратковременного (ПКР), ОУ - осветительная установка. Выбираем виды распределительных устройств (РУ): РП - распределительный пункт, ЩО - щит освещения. Исходя из понятия первой категории надежности электро­снабжения, составляем схему электроснабжения с учетом распределения на­грузки.

Выбираем двухтрансформаторную цеховую подстанцию, а между секциями низкого напряжения устанавливается устройство АВР (автоматическое включе­ние резерва). Поскольку трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка распределяется по секциям примерно одинаково.

Расчет производим методом коэффициента максимума (упорядоченных диа­грамм), который сводится к определению максимальных расчетных нагрузок группы электроприемников.

Р_м = К_МР_СМ, кВт; Q_M = K^Q_CM/ кВА; S_M = д/Р_м² + Qh, кВА.

где Р_м - максимальная активная нагрузка, кВт;

Q_M - максимальная реактивная нагрузка, кВАр; S_M - максимальная полная нагрузка, кВА;

К_м - коэффициент максимума активной нагрузки (К_м = f (К_и, п_э)); п_э - эффективное число электроприемников (п_э = f (п, ш, К_{и ср}, Р_н)); К_ИСр ~ средний коэффициент использования группы электроприемников;

„ __ Рем!

^Киср — р

m - показатель силовой сборки в группе;

Рн нб ^{m =} р

^гн нм

Р_н нб и Р_н нм - номинальные приведенные к длительному режиму активные мощ­ности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе, кВт. К^ - коэффициент максимума реактивной нагрузки (К^ = 1); Рем - средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт; Qcm - средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, кВАр;

Рем = К_ИР_Н, кВт; Q_CM = Р_см - tan ср, кВАр; S_CM = V^pcm + Qcm * кВА;

где tan ф - коэффициент реактивной мощности;

S_CM - полная мощность за наиболее нагруженную смену, кВ А;

К_и - коэффициент использования электроприемников;

Р_н - номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму;

Приводим все повторно-кратковременные нагрузки к длительному режи­му, а однофазные - к условной трехфазной мощности. Кран мостовой - Р_п = 20 кВт; ПВ = 60 %; п = 2 шт.

Номинальная мощность, приведенная к длительному режиму работы составит: Р_н = Р_п ' VTlB ■ cos ср = 20 - л/Ш ■ 0,5 = 7,75 кВт Р_Н2 = Р_н " п = 7,75 ■ 2 = 15,5 кВт Сварочный агрегат - Р_п = 12 кВт; ПВ = 40 %; п = 3 шт. Номинальная мощность, приведенная к длительному режиму работы

составит: Р_н = Р_п ' л/ПВ ■ cos ф = 12 ■ л/fR ■ 0,4 = 3,04 кВт * Р_Н2 = Рн ' п = 3,04 ■ 3 = 9,12 кВт

Однофазную нагрузку приводим к условной трехфазной мощности. Заточные станки: Р_н=2,5 кВт.

Par Рдг Ра = Рв = Рс = ₂ ; кВт;

2,5 + 2,5

Рд = Рв = Рс = 2 ^{= 2,5 кВт;}

Р_н2 = Р ■ п = 2,5 ■ 3 = 7,5 кВт; Сверлильные станки: Р_н = 2,2 кВт.

Par Рдг Ра — Рс — ₂ > кВт;

2,2 + 0

Ра = Рс = —— = 1Д кВт;

Par Prt Р_В= ₂ , кВт;

2,2 + 2,2 Р_в = 2 ^{= 2,2 кВт;}

Р^-4,4 кВт;

Определяем методом удельной мощности нагрузку осветительной установки:

Роу = Руд " S, кВт;

где Руд - мощность, приходящаяся на 1 м² освещаемого помещения, Вт; S - площадь цеха, м².

Р_оу = 11 • 1344 - 10~³ = 15,4 кВт;

Распределяем нагрузку по секциям.

Таблица 4

Распределение нагрузки по секциям

Секция 1	Нагрузка приведенная, кВт		Секция 2
РП 1			РП4
Вентиляторы 2x30	60	52,5	3x17,5 Строгальные станки
Кран мостовой 1 ><20	20	34	4x8,5 Фрезерные станки
РП 2		22,5	3x7,5 Расточные станки
Сварочные агрегаты 342	36		РП 5
РПЗ		22,5	3x7,5 Заточные станки
Токарные автоматы 3*6	18	8,8	2x4,4 Сверлильные станки
Зубофрезерные станки 3*10	30	36	6x6 Токарные станки
Круглошлифовальные стан­	18	21	2x10,5 Плоскошлифоваль­
ки 3x6			ные станки
Кран мостовой 1 х20	20
ЩО с ГРЛ	15,4
		15,4	ЩО с ГРЛ
Итого	202	212,7	Итого

Согласно распределению нагрузки по РУ заполняем сводную ведомость нагру­зок по цеху.

Р_Н2 = Р_н ■ п, кВт;

Определяем cos ф_ср, tan ф_ср и результаты заносим в таблицу.

2,2 + 0 9

I — — — 45 д 18

^1мрп4 " ^1мрп4 ~ л/т ■ 0,38 " ^{363,7 А;}

^мрп5 82,3

^{1мрп5 =} 7Тй_л'^{А; 1мрп5 =} л/3~ ■ 0,38 ^{= 216,6 А;}

₌ jW_ .. - ^13,8 - 21 А-

^мщ° V3"U/ ' ^мщ° л/3" • 0,38 '

Потери в трансформаторе определяем по формулам: ДР_Т = 0,02S_{M нн} , кВт; ДР_Т = 0,02 - 317,4 = 6,3 кВт;

AQ_T = 0,1S_MHH ,кВАр; AQ_T = ОД ■ 317,4 = 31,7 кВАр;

AS_T = д/ЛРт + AQ? , кВА; AS_T = V⁶^² + 31,7² = 32,3 кВА.

На основании расчетов заполняем сводную ведомость нагрузок по цеху (табл. 5).

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь, но без ком­пенсации реактивной мощности:

S_T > S_p = 0,7S_MBH = 0,7 ■ 349,7 = 244,8 кВА. По справочнику [1] выбираем трансформатор типа ТМ мощностью 250 кВА. Согласно первой категории надежности на цеховой ТП необходимо уста­новить два трансформатора. Выбранную мощность цехового трансформатора проверяем на перегрузочную способность в аварийном режиме:

1 4S > S /

1,4 • 250 > 349,7 350 > 349,7

Так как условие выполняется, следовательно, мощность выбрана правильно.

К установке принимаем комплектную трансформаторную подстанцию КТП

2x250-10/0,4 с двумя трансформаторами типа ТМ- 250- 10/0,4.

Определяем коэффициент загрузки трансформатора:

КЗ = Shh /п • Shom.t = 317,4/2-250 = 0,63.

Средневзвешенный коэффициент мощности по цеху составил:

coscpcp - PcmI / Scm X = ¹¹³>24 / 150,9 = 0,75.

Поскольку коэффициент мощности меньше оптимального (0,92), то необходимо скомпенсировать реактивную мощность.

гнование РУ и ЭП	Нагрузка установленная								Нагрузка средняя за смену							Нагрузка максимальная
	Рн, кВт	п, пгг	РнЕ, кВт	Ки	COS(p	tgq>	m	Рем, кВт		Qcm,kBAp	Scm, кВА	пэ	Км	Км'	Рм, кВт		Qm, кВАр	Sm, кВА	1м, А
РП1
Вентиляторы	30	2	60	0,8	0,6	0,75		48		36	60	—	— :	—
юстовой ПВ = 60%	20	1	20	од	0,5	1,73		2		3,5	4
Всего по РП1	—	3	80	0,62	0,78	0,19	<3	50		39,5	64	3	1,51	1,1	75,5		43,5	87,1	132,5
РП2
[ные агрегаты ПВ = 40%	12	3	36	0,2	0,4	1,33		7,2		9,6	12	—	—	—	7,2		9,6	12	18,2
РПЗ
арные автоматы	6	3	18	0,14	0,5	1,73		2,52		4,36	5
фрезерные станки	10	3	30	0,17	0,65	1Д7		5Д		5,9	7,8
лошлифовальные станки	6	3	18	0,14	0,5	1,73		2,52		4,36	5
юстовой ПВ = 60%	20	1	20	0,1	0,5	1,73		2		3,5	4
Всего по РПЗ	—	10	86	0,14	0,56	1,49	>3	12,14		18,1	21,8	3	0,63	U	7,6		19,9	21,3	32,4
РП4
:точные станки	7,5	3	22,5	0,17	0,65	1Д7		3,8		4,4	5,8
огальные станки	17,5	3	52,5	0,17	0,65	1Д7		8,9		10,4	13,7
езерные станки	8,5	4	34	0,17	0,65	1Д7		5,8		6,8	7,3
Всего по РП4	—	10	109	ОД 7	1,25	1,17	<3	18,5		21,6	14,8			1Д	98,1		23,7	100,9	363,7
РП5
точные станки	7,5	3	22,5	0,14	0,5	1,73		3,2		5,5	6,4
элильные станки	4,4	2	8,8	0,14	0,5	1,73		1,2		2Д	2,4
жарные станки	6	6	36	0,14	0,5	1,73		5		8,6	9,9
кошлифовальные станки	10,5	2	21	0Д4	0,5	1,73		2,9		5	5,8
Всего по РП5	—	13	88,3	0,14	0,5	1,72	<3	12,3		21,2	24,5			1Д	79,5		21,2	82,3	216,6
ЩО
ОУ с ГРЛ	—	—	15,4	0,85	0,95	0,35		13,1		4,6	14	—	—	—	13,1		4,6	13,8	21
►сего на ШНН								113,2		114,6	151,1				191		122,5	317,4
Потери															6,3		31,7	32,3

Цводная ведомость нагрузок по цеху

S. ВЫБОР КОМПЕНСИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Из табл. 5 выпишем исходные данные и заполним табл. 6.

Таблица 6

Исходные данные

Параметр	COS ф	tan ф	Рм, кВт	Qm , КВАр	S^, кВА
Всего на НН без КУ	0,75	0,88	191	122,5	317,4

Определяем расчетная мощность компенсирующего устройства: Qicy = а Рм (tgcp - tg(p_K) = 0,9- 191 • (0,88 - 0,33) - 94,5 кВАр.

Принимаем coscpx = 0,95, тогда tgcpK = 0,33. Из справочника [1] выбира­ем установку УКБН -0,38-100-50УЗ со ступенчатым регулированием по 50 кВАр, по одной на секцию. Определяем фактические значения tgcpcj) и созфф после компенсации реактивной мощности:

tgфф = tg9 - Qk.ct. / а • Рм= 0,88 - (2 * 50) / 0,9 • 191 = 0,57, что соответствует со8фф— 0,86.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности:

• ограничение продолжительности холостого хода;

• замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

• отключение части трансформаторов в периоды снижения их нагрузки (в ночное время).

Потери в трансформаторе составят: ДРт = 0,02- SHH = 0,02 • 192,3 = 3,8 кВт; AQt - 0,1 • SHH = 0,1 • 192,3 = 19,2 кВАр;

AS_T = л/3,8² + 19,2² = 19,6 кВА.

Результаты заносим в сводную ведомость нагрузок цеха.

Таблица 7

Сводная ведомость нагрузок цеха

Параметр	COS ф	tan ф	Рм,кВт	QM, кВАр	Sm,KBA
Всего на НН без КУ	0,75	0,88	191	122,5	317,4
КУ				2x50
Всего на НН с КУ	0,86	0,57	191	22,5	192,3
Потери			3,8	19,2	19,6
Всего на ВНсКУ			194,8	41,7	199,2

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом "потерь:

S_p = 0,7S_MBH = 0,7 ■ 199,2 = 139,4 кВА.

К установке принимаем трансформатор типа ТМ- 250- 10/0,4. Технические дан­ные трансформатора заносим в табл. 8

Таблица 8