18. Электротехническая часть.

18.1. Общая характеристика производства.

Предприятия химической промышленности в настоящее время потреб­ляют значительное количество электрической энергии. Внедрение новых энергоемких технологических процессов и повышение общего технологиче­ского уровня производства вызывает необходимость значительного повыше­ния уровня надежности электрооборудования и экономичного использова­ния электрической энергии [33].

Проектируемое предприятие снабжается электроэнергией от заводской электроподстанции при номинальной напряжении U_1HOM 6—10 кВ. По ус­ловиям бесперебойности электроснабжения данное предприятие относится к потребителям 1 категории.

Потребителями электрической энергии на предприятии являются: при­водные асинхронные электродвигатели технологического оборудования (на­сосов, мешалок и др.), приборы электрического освещения (табл. 18.1.1.) и пр.

По условиям окружающей среды в помещении имеются взрыво­опасные зоны, то электрооборудование (электрические двигатели) выбирает­ся в соответствии с классом взрывоопасной зоны.

При этом в помещении устанавливаются взрывозащищенные электро­двигатели, в т.ч. асинхронные электродвигатели серии ВАО.

Для питания потребителей электроэнергии приняты номинальные на­пряжения: для асинхронных приводных электродвигателей — трехфазная сис­тема напряжения 380 В; для осветительной нагрузки — напряжение 220 В.

Осветительная нагрузка характеризуется следующими данными, при­веденными в табл.18.1.1..

1. Данные сводной таблицы 18.8.1. (графы 1,2,3,4,5,6,7,8) для каждого из помещений берутся из светотехнического расчета;

2. Данные граф 9,10,11,12,13,14 определяются для каждого помещения в отдельности (например для склада сырья):

1) В графе 9 указывается установленная мощность электрических ламп в помещении:

Р_ул = n_cP_л = 3∙80 = 240 Вт,

где n_c - число светильников, шт

P_л – номинальная мощность одной лампы, Вт

2) В графе 10 – фактическая удельная мощность, равная

Вт/м²,

где S_п – площадь освещаемого помещения, м² (табл. 18.1.1).

3) В графе 11 – годовое число часов использования освещения для различных помещений, Т_г (табл.18.1.1.). Принимаем Т_г= 4100 ч.

4) В графе 12 – среднесуточный расход электроэнергии в помещении на освещение:

W_{0 ср} = P_ул∙ t_c = 240∙11,2 = 2,69 кВт∙ч,

где t_c – время горения осветительных приборов в сутки:

t_c = ч,

где Т_г – время горения осветительных приборов в год, ч.

5) В графе 13 – расход электроэнергии в помещении на освещение за год:

W₀ = Р_улТ_г = 240∙4100 = 984кВт∙ч.

6) В графе 14 – мощность аварийного освещения в помещении:

Р_а = 0,1Р_ул = 0,1∙0,240 = 0,024 кВт.

3. Аналогичные расчеты по графам 9,10,11,12,13 и 14 табл. 18.1.1. выполняются и для других помещений.

4. Суммарная установленная мощность ламп всех помещений (суммарная мощность, потребляемая осветительными приборами), определяется как сумма мощностей графы 9 табл. 18.1.1.:

кВт.

5. Суммарная активная энергия, потребляемая всеми осветительными приборами в течение года, определяется как сумма энергий графы 13 табл. 18.1.1.:

кВт∙ч.

Сводная таблица результатов светотехнического расчета освещения. Таблица 18.1.1.

№№ п/п	Наименование помещения	Площадь помещения SПОМ, м2	Тип светильника	Требуемая освещенность, лк	Мощность лампы РЛ, Вт	Коэффициент запаса К	Число светильников nСВ, шт.	Установленная мощность ламп РУЛ, кВт	Фактическая удельная мощность, Вт/м2	Время горения в год ТГ, ч.	Среднесуточный расход электроэнергии WОСР, кВтч	Расход электроэнергии в год, кВтч WО кВтч.	Мощность аварийного освещения РА, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	Склад сырья	144	НОГЛ-80	50	180	1,3	3	0,240	1,67	4100	2,69	984	0,024
	Лаборатория	11	НОГЛ-80	300	180	1,3	3	0,240	21,82	4100	2,69	984	0,024
	Служебные помещения	18	НОГЛ-80	300	180	1,3	4	0,320	17,78	4100	3,58	1312	0,032
	Вспомогательные помещения	106	НОГЛ-80	150	180	1,3	12	0,960	9,06	4100	10,75	3936	0,096
	Вентиляционные камеры	14	НОГЛ-80	50	180	1,3	2	0,160	11,43	4100	1,79	656	0,016
	Цех по производству смачивателя	154	НОГЛ-80	75	180	1,3	10	0,800	5,19	4100	8,96	3280	0,080
	Центральный щит КИП	11	НОГЛ-80	300	180	1,3	3	0,240	21,82	4100	2,67	984	0,024
	Лестничные клетки	100	НОГЛ-80	50	180	1,3	4	0,320	3,20	4100	3,58	1312	0,032
	Грузовой лифт	18	НОГЛ-80	50	180	1,3	1	0,080	0,004	2000	0,44	328	0,008
	Сумма	576					42	Р0=3,360			28,15	W0 =13776	0,336

кВткВт∙ч

Дипломант: Костромина Е.В.

Состав помещений и нормы освещенности согласованы:

Консультант по охране труда: к.т.н., доц.Чернецкая М.Д.

18.2. Определение расчетных нагрузок и выбор силового электрооборудования производства.

Выбор электрооборудования и расчет питающих сетей электроустано­вок производится на основе расчетных значений потребляемой мощности. При проектировании производственного предприятия, в соответствии с про­ектным заданием с учетом необходимости обеспечения заданного количест­ва и характера выпускаемой продукции, выбирается требуемое для этих целей технологическое оборудование.

Методика выбора электродвигателя для исполнительных механизмов показана на примере выбора электродвигателя для якорной мешалки.

1. Номер группы исполнительных механизмов - номер 1 (графа 1, табл. 18.2.1).

2. Наименование исполнительного механизма: якорная мешалка (графа 2).

3. Количество работающих механизмов (якорных мешалок) — N_р=2 (графа 3).

4. Количество резервных механизмов (якорных мешалок) N_рез (графа 4).

5.В зависимости от мощности, необходимой для нормальной работы исполнительного механизма, для каждого наименования оборудования определятся расчетная мощность электродвигателя. Значение этой мощности определяется либо на основе соответствующих нагрузочных диаграмм, либо устанавливается из опыта, полученного в процессе эксплуатации соответствующих типов механизмов в производственных условиях на других аналогичных предприятиях. В соответствии с технологическим заданием расчетная номинальная мощность на валу якорной мешалки при длительной неизменной нагрузке составляет Р_м = 1,7 кВт (графа 5).

6. В соответствии с технологическим заданием номинальная частота вращения мешалки п_м= 48 об/мин (графа 6).

7. Выбираем систему передачи от электродвигателя к мешалке Если частота вращения исполнительного механизма п_м как в данном случае мала (п_м =48 об/мин) и не соответствует частоте вращения п_ном приводного электродвигателя, то между ними устанавливается редуктор (или другой тип передачи) (графа 7).

Если в числе электрооборудования имеются исполнительные механизмы, номинальная частота вращения которых п_м равна частоте вращения электродвигателя п_ном или близка к ней, то в этом случае принимается непосредственная передача (муфта).

6. Расчетная мощность электродвигателя, соответствующая мощности исполнительного механизма, с учетом потерь в передаче:

где η_пер - КПД передачи (редуктора) между двигателями и исполни­тельным механизмом (принимаем η_пер = 0,96).

Номинальное напряжение электродвигателя, выбирается в соответ­ствии с напряжением заводской электрической сети.

U_lном= 220/380 В.

При выборе конструктивного исполнения электродвигателя необходи­мо иметь в виду, что в настоящее время наблюдается тенденция к слиянию электродвигателя и исполнительного механизма. Это привело к созданию различных форм исполнения электродвигателей по способу монтажа, на­пример фланцевых для горизонтальной и вертикальной установок, с одним или двумя концами вала и др.). Выбираем исполнение электродвигателя с одним концом вала и горизонтальным его расположением.

При выборе типа электродвигателя важным обстоятельством является так же определение условий, для которых он предназначен. Помещение, в котором в данном случае будет расположены электродвигатели, по условиям взрывоопасное. При этом к установке принимаем взрывозащищенные электродвигатели в т.ч. асинхронные электродвигатели марки ВАО.

В соответствии с приведенными выше соображениями по выбору конструкции и типа электродвигателя, а также номинального напряжения, учитывая условия окружающей среды, по справочным источникам выбираем в качестве двигателя мешалки якорной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором единой серии типа

ВАО-41-8 (33, табл. П.2). (Номинальная мощность электродвигателя выбрана исходя из условия Р₂ном ≥ Рр. В данном случае Р₂ном =2,2 кВт, (Р_р = 1,77 кВт), то есть принят ближайший больший по мощности двигатель.

9. Номинальная (синхронная) частота вращения электродвигателя n₁ = 750 об/мин (графа 9), (принимаем n_2НОМ = n₁ ).

10. Номинальная установленная мощность электродвигателя

Р_2НОМ = 2,2 кВт (графа10).

11. Номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя

η_1НОМ = 78,5% (графа11).

12. Номинальный коэффициент мощности электродвигателя

cosφ_1НОМ = 0,70 (графа 12).

12. Номинальное напряжение электродвигателя U_1HOM= 380 В (графа13).

13. Пуск отдельных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, мощностью до 40 — 50 кВт, при ручном управлении, как пра­вило, осуществляется с помощью магнитного пускателя МП. Поэтому пуск мешалки осуществляется непосредственным включением в сеть при на­пряжении 380 В (графа 14).

14. Потребители электрической энергии проектируемого цеха в данном случае относятся к 1 категории, поэтому принимаем серийно изго­товляемые электротехнической промышленностью блоки управления БУ, применение которых дает возможность самозапуска электродвигателей ис­полнительных механизмов при аварийном отключении одного из двух ис­точников питания и переход к электроснабжению только от одного источника питания.­

15. Присоединенная мощность электродвигателя мешалки (графа 15):

кВт.

16 . Коэффициент загрузки, характеризующий степень загрузки электро­двигателя мешалки, определяется как отношение расчетной мощности элек­тродвигателя к его номинальной мощности, выбранной по каталогу (графа 16):

Ориентировочные средние значения коэффициентов для других категорий приемников электроэнергии выбраны по табл. П.9.[33].

В том случае, когда номинальная мощность электродвигателя Р_2ном известна, но необходимо знать расчетную номинальную мощность исполни­тельного механизма Р_м, последняя может быть определена исходя из выра­жения: Р_м = α₃ η_пер Р_2ном поскольку

Р_м =η_пер Р_р , а Р_р = α_З Р_2ном.

Р_м =0,8*0,96*2,2=1,7 кВт.

При этом при наличии непосредственной передачи (муфты) η_пер = 1, а расчетная номинальная мощность Р_м = Р_р.

17. Фактическая мощность, потребляемая электродвигателем мешалки (графа 17):

Р_1Ф = α ₃Р_пр = 0,8∙2,8 = 2,24 кВт.

18. Фактический КПД электродвигателя мешалки в зависимости от степени его загрузки определяется по графику [33, рис. 1] (графа 18):

η_Ф = 0,78;

19. Фактический коэффициент мощности электродвигателя мешалки находится по графику [33, рис. 2] в зависимости от коэффициента загрузки α_З (графа 19):

cos φ_1Ф = 0,66;

20. Установленная мощность электродвигателя группы мешалок (графа 20):

Р_∑У = N_PP_У = 2∙2,2 = 4,4 кВт,

где N р - количество работающих мешалок (N_p=3);

Р_У - установленная мощность электродвигателя мешалок ( Р_У = Р_2ном).

21. Коэффициент спроса для наиболее характерных групп потребителей принимаем из справочных данных [33] . Принимаем коэффициент спроса К_с = 0,4 (графа 21).

(При практических расчетах усредненные значения коэффициентов спроса К _с , характерные для различных групп силовых электроприемников, устанавливаются в процессе многолетней практики проектирования электро­снабжения на основе обследования действующих электрических нагрузок предприятий различных отраслей народного хозяйства и для отдельных мощных токоприемников и обычно даются в соответствующих справочни­ках).

22. Расчетный коэффициент мощности электродвигателя мешалки [33]

cosφ_Р ≈ 0,6.

23. Суммарная расчетная активная мощность электродвигателей груп­пы мешалок

(N =2) (графа 23):

Р_ = К_с  Р_У =0,4*4,4 = 1,76 кВт.

24. Суммарная расчетная реактивная мощность электродвигателей мешалок (N_p = 2) (графа 24):

Q_ = tg _p  P_ = 1,334*1,76=2,35 квар,

где _Р - угол, соответствующий расчетному значению cosφ_Р, tgφ_Р =1,334.

25. Суммарная расчетная полная мощность группы электродвигателей мешалок (графа 25):

S_ = = = 2,94 кВ∙А.

26. Время работы электродвигателя мешалки в год (графа 26):

Т_г = (365 – n^’)*t*N = 365*8*3 = 8760 ч,

где п' — число нерабочих дней в году ( п' = 0);

t — продолжительность смены (t= 8 ч);

N — число смен в сутки (N=3).

27. Годовой расход активной энергии группы электродвигателей мешалок (графа 27):

W_a = P_  T_г = 1,76  8760 = 15417,6 кВт  ч.

28. Годовой расход реактивной энергии группы электродвигателей (графа 28):

W_p = Q_  T_г = 2,35∙8760 = 20586 квар  ч.

Аналогичные расчеты для других электродвигателей и групп исполни­тельных механизмов и потребителей электроэнергии сведены в табл. 18.2.1.

После определения основных показателей электрических нагрузок в процессе расчета для основного производства находятся:

1. Суммарная активная мощность силового электрооборудования (оп­ределяется в результате суммирования всех значений активных мощностей потребителей с напряжением 380 В (графа 23. табл. 18.2.1.):

Р_ = 43.74 кВт.

2. Суммарная реактивная мощность силового электрооборудования (определяется как сумма всех значений реактивных мощностей потребите­лей (графа 24, табл. 18.2.1.):

Q_ =40.26 квар.

3. Суммарная активная мощность всего электрооборудования, вклю­чая мощность, потребляемую на освещение:

Р_общ = Р_ + Р₀ =43.74 + 3,36 = 47.1 кВт,

где Р₀ - суммарная мощность, потребляемая на освещение (Р₀ = 3,36 кВт, см. табл. 18.1.1.).

4. Активная энергия, потребляемая осветительным оборудованием в течение года (см. табл. 18.1.1.):

∑W₀ = 13776 кВт∙ч.

5. Суммарная активная энергия, потребляемая производственным предприятием в целом за год:

W_общ = W_a + W₀ = 383163 + 13776 = 396939 кВт  ч.,

где W_a — суммарный расход активной энергии в год (W_a =383163 кВт∙ч, см. табл. 18.2.1.).

6. Суммарный расход реактивной энергии в год (см. табл. 18.2.1.):

W_Р =352704 квар∙ч.

7. Суммарная полная мощность силовых потребителей (без учета мощ­ности, расходуемой на освещение):

S = == 59.5 кВ∙А.

8. Среднее расчетное значение коэффициента мощности силовой на­грузки (без учета мощности, потребляемой на освещение):