Материал: Разработка системы электроснабжения завода по производству металлообрабатывающих станков

Разработка системы электроснабжения завода по производству металлообрабатывающих станков

Введение

Энергетика, как отрасль народного хозяйства, занимает ведущие позиции в экономики любого государства. Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии потребляется промышленными предприятиями.

Для обеспечения питания промышленных электроприемников создаются системы электроснабжения промышленных предприятий. Согласно [1], системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.

Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов [2].

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Появляется необходимость широкого внедрения систем автоматизации.

Специалисты в области электроснабжения должны иметь глубокие знания целого комплекса вопросов проектирования и эксплуатации электроустановок промышленных предприятий, так как именно при проектировании формируется структура электроснабжения, и закладываются основные свойства, определяющие ее технические, эксплуатационные и экономические показатели.

Целью данного дипломного проекта является разработка экономичной, надежной, удобной в эксплуатации и безопасной системы электроснабжения завода по производству металлообрабатывающих станков. В проекте рассмотрены вопросы определения электрических нагрузок элементов СЭС, выбора числа и мощности цеховых трансформаторов, расчета компенсации реактивной мощности, определения условного центра электрических нагрузок.

На основании полученных данных разработана схема электроснабжения предприятия на напряжение выше 1 кВ и схема сетей до 1 кВ, связующих трансформаторные подстанции. Далее выполнен расчет токов короткого замыкания, выбор сечений токоведущих элементов и электрических аппаратов напряжением выше 1 кВ.

Отдельное внимание при проектировании уделено определению технико-экономических показателей сравниваемых вариантов СЭС, расчету системы релейной защиты и автоматики, электрическим измерениям, вопросам учета и экономии электроэнергии, охране труда на предприятии.

В качестве спецвопроса в дипломном проекте рассматривается возможность снижения расхода электроэнергии на нерегулируемый электропривод производственных механизмов за счет замены малонагруженных асинхронных электродвигателей, поскольку эффективное функционирование электрического хозяйства любого предприятия невозможно без решения задач экономии электроэнергии.

1. Краткое описание технологического процесса

Завод по производству металлообрабатывающих станков специализируется на выпуске высокопроизводительного металлорежущего оборудования по индивидуальным заказам для предприятий машиностроительной отрасли. В состав завода входят основные производственные цеха, вспомогательные цеха и склады. Генплан предприятия с сетью напряжением выше 1 кВ и картограммой нагрузок представлен на листе 1 графической части.

Исходные материалы на склады завода поступают автомобильным транспортом. Схема основных технологических потоков завода приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - Схема основных технологических потоков завода по производству металлообрабатывающих станков

В металлообрабатывающем цехе производится обработка деталей и узлов оборудования, изготавливаемого на заводе. Рассматриваемый цех имеет размеры 60 ×80 м.

Необходимые материалы, металл и отливки поступают в металлообрабатывающий цех со склада металла. Изготовленные и обработанные в отделениях механического цеха детали, части и узлы передаются в инструментальный и сварочный цех завода.

В сборочном цехе осуществляются сборка, испытания, отделочные операции. Детали и узлы к месту сборки подаются рельсовыми передаточными тележками, кран-балками и электрокарами.

Сварочный цех предназначен для изготовления деталей и узлов изделий, имеющих неразъемные соединения, выполненные преимущественно сваркой. Размеры рассматриваемого цеха 70 × 90 м. Основным исходным материалом для производства металлоконструкция служит прокат металлов. Могут выполняться комбинированные конструкции из поковок, отливок, проката. После сварки изделия могут проходить комплекс дополнительной обработки: механическую и термическую обработки, гидравлические испытания и окраску. Передача металлоконструкций на соответствующие участки производится кранами. Готовые изделия поступают в сборочный цех.

Инструментальный цех относятся к группе вспомогательных цехов завода. В производственные функции инструментального хозяйства входит проектирование и изготовление инструмента, получение готового стандартизированного инструмента от других предприятий, хранение и выдача, контроль ремонт и восстановление инструмента. Инструментальный цех находится в ведении инструментального отдела завода.

В состав блока вспомогательных цехов входят ремонтно-механический и электроремонтный цех. Ремонтное хозяйство предназначено для выполнения совокупности работ по техническому обслуживанию, текущему, среднему и капитальному ремонту заводского оборудования для обеспечения наиболее эффективного его использования. Ремонт встроенного станочного электрооборудования осуществляется совместно с ремонтом станков.

2. Характеристика потребителей электроэнергии предприятия

Проектирование СЭС предприятий требует анализа электроприемников и потребителей электроэнергии, на основе которого определяются условия их рационального электроснабжения, схемы и конструктивное выполнение электрических сетей, рассчитываются электрические нагрузки.

Потребители электроэнергии могут быть классифицированы по множеству эксплуатационно-технических признаков, основными из которых являются: назначение и место в производственном процессе, режим работы, мощность и напряжение, род тока, территориальное размещение, надежность электроснабжения, стабильность расположения. При проектировании СЭС достаточно систематизировать потребителей электроэнергии по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности и напряжению, роду тока, а остальные признаки использовать как вспомогательные [3].

Большинство потребителей электроэнергии предприятия питаются переменным трехфазным током промышленной частоты 50 Гц на номинальном напряжении 0,4 кВ и работают в продолжительном режиме.

Лампы электрического освещения и сварочные установки представляют собой однофазную нагрузку, распределенную по фазам трехфазной сети. Их наличие приводит к неравномерному распределению нагрузок по фазам трехфазной сети и несимметрии напряжения. Несимметрию и колебания напряжения вызывают также трехфазные дуговые печи литейного цеха.

На предприятии имеются установки повышенной частоты, которые используются для плавки металлов в литейном цехе, нагрева под закалку в термическом цехе, нагрева под ковку и штамповку в кузнечно-прессовом цехе.

Мостовые кран, кран-балки, тельферы, конвейеры и транспортеры, а также электросварочные установки работают в повторно-кратковременном режиме. В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков.

Прокатные станы, дуговые электрические печи, кузнечные машины, штамповочные прессы, сварочные установки и подъемно транспортные устройства относятся к потребителям с резкопеременными и толчкообразными нагрузками. Их наличие вызывает необходимость принятия мер по снижению колебаний напряжения.

В соответствии с [1], по надежности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.

К первой категории относятся электроприемники, нарушении электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса.

Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта.

К третьей категории относятся все остальные электроприемники.

Понятие категории относится к электроприемникам, а не к цехам и предприятию в целом. Подавляющее большинство потребителей электроэнергии: технологические линии, производственные участки и цехи представляют собой комплексы электроприемников различных категорий в определенных сочетаниях. Если имеется относительно небольшое число ответственных электроприемников, то способы их надежного питания необходимо разрабатывать отдельно, не допуская отнесения других электроприемников к высшим категориям, что приведет к неоправданным дополнительным капитальным вложениям.

К первой категории относятся компрессоры, насосы, вентиляторы, прокатные станы, ответственные подъемно-транспортные устройства, аварийное освещение. Кратковременный перерыв электроснабжения компрессорной станции, снабжающей сжатым воздухом литейный цех завода, приводит к остановке цеха на время до одного часа [3].

Электродвигатели приводов компрессоров и насосов составляют подавляющую часть нагрузки компрессорной и должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, а перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время действия устройства автоматического включения резерва (АВР).

Основная масса электроприемников механизмов производственных цехов относится ко второй категории по надежности электроснабжения. Ко второй категории относятся также все плавильные печи, поскольку они обладают значительной тепловой инерцией, а также нагревательные установки промышленной и повышенной частоты. Эти электроприемники рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустим перерыв их питания на время, необходимое для включения резервного источника дежурным персоналом или оперативно-выездной бригадой. Допускается осуществлять питание потребителей второй категории от одного трансформатора при наличии централизованного резерва, если восстановление электроснабжения может быть выполнено не более чем за сутки.

Большинство электроприемников блока вспомогательных цехов и инструментального цеха предприятия относится к третьей категории по надежности электроснабжения. Эти электроприемники могут иметь один источник питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены отказавшего элемента СЭС, длятся не более суток.

3. Определение электрических нагрузок

Определение силовых электрических нагрузок осуществляется методом расчетных коэффициентов. По данному методу расчетная активная силовая нагрузка цеха определяется по выражению:

, (3.1)

где  - коэффициент расчетной нагрузки;

 - коэффициент использования i-ой группы однородных электроприемников;

 - мощность i-ой группы однородных электроприемников, кВт;

N - количество групп электроприемников.

Величина  принимается по ([4], табл. П7),

, (3.2)

где  - эффективное число электроприемников;

 - групповой коэффициент использования;

 - постоянная времени нагрева; для шин до 1 кВ цеховых трансформаторов  ч.

Эффективное число электропремников можно определить по выражению:

 (3.3)

где  - номинальная мощность самого мощного электропиемника группы, кВт.

Групповой коэффициент использования

 (3.4)

Расчетная реактивная силовая нагрузка цеха определяется по выражению:

, (3.5)

где  - среднее значение коэффициента реактивной мощности i-ой группы электроприемников.

Нагрузку освещения определяем по методу коэффициента спроса. По данному методу расчетная активная нагрузка освещения цеха

 (3.6)

где  - коэффициент спроса на освещение;

 - удельная мощность общего равномерного освещения, Вт/м2;

 - площадь цеха, м2 ;

n - количество этажей.

Поскольку удельная мощность общего равномерного освещения приводится в справочниках для освещенности  = 100 лк, коэффициента запаса  = 1,5 и КПД светильника 100%, надо произвести пересчет  по выражению

 (3.7)

где  - нормируемое значение освещенности, лк;

 - нормируемое значение коэффициента запаса;

 - КПД светильника.

Расчетная реактивная нагрузка освещения определяется по выражению:

, (3.8)

где  - значение коэффициента реактивной мощности освещения.

Расчетная активная мощность цеха в целом

. (3.9)

Расчетная реактивная мощность цеха в целом

. (3.10)

Полная расчетная мощность цеха

 (3.11)

3.1 Выбор мощности оборудования и его параметров

Выбор оборудования, его мощности, а также максимальной мощности (мощность самого крупного электропиемника) осуществляется с учетом специфики цехов. Все оборудование разбивается на группы с одинаковыми  и . Результаты выбора сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Выбор оборудования цехов и его параметров