12,13 – Продольно-фрезерные станки

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 9

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

ХИБИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Отделение очное

Специальность: 270116

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По дисциплине: «Электроснабжение предприятий и гражданских зданий»

На тему: «Электроснабжение и электрооборудование

автоматизированного цеха»

Студента Марышева И.А. Руководитель проекта:

группы 3 МЭЭП Новосельцева Т.В.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................................................................................стр. 3

1 Общая часть:

1.1 Характеристика предприятия............................................................................стр. 4

1.2 Исходные данные для проектирования............................................................стр. 5

2 Специальная часть:

2.1 Энергетическая характеристика электроприемников....................................стр. 6

2.2 Выбор категории по надежности электроснабжения.....................................стр. 7

2.3 Выбор рода тока и уровня питающего напряжения.......................................стр. 7

2.4 Разработка схемы внешнего электроснабжения.............................................стр. 8

2.5 Расстановка электроприемников на плане объекта........................................стр. 9

2.6 Разработка схемы внутреннего электроснабжения........................................стр. 10

2.7 Расчет мощности и выбор трансформаторов..................................................стр. 11

2.8 Компенсация реактивной мощности................................................................стр. 12

2.9 Расчет токов к.з. в сети напряжением свыше 1000 В.....................................стр. 13

2.10 Выбор питающих линий напряжением свыше 1000 В.................................стр. 16

2.11 Вы бор питающих линий напряжением до 1000 В.......................................стр. 17

2.12 Расчет токов к.з. в сети напряжением до 1000 В...........................................стр. 25

2.13 Выбор аппаратов управления и защиты напряжением до 1000 В...............стр. 28

2.14 Выбор аппаратов управления и защиты напряжением свыше 1000 В……стр. 30

Литература.................................................................................................................стр. 32

ВВЕДЕНИЕ

Курсовое проектирование проводится с целью:

1. Закрепить полученные теоретические знания по общепрофессиональным и специальным дисциплинам;

2. Научиться применять теоретические знания для решения конкретной технической задачи;

3. Научиться использовать дополнительную справочную и нормативную документацию;

4. Подготовиться к итоговой государственной аттестации.

Технический прогресс ставит перед проектировщиками новые сложные задачи, связанные с техническим перевооружением предприятия, внедрением новых технологий, модернизации электрооборудования и оптимизации схемы электроснабжения с целью повышения надежности бесперебойного питания. Выполненный мной курсовой проект является первой ступенью в процессе развития творческой инициативы, формирования навыков самостоятельного технического мышления.

Проектируемый объект: цех обработки корпусных деталей.

Осуществляя проектирование электроснабжения, я руководствовался современными требованиями ПУЭ и других нормативных документов. В ходе работы над проектом я разработал схему электроснабжения с учетом требований надежности, произвел расчет мощности и выбор трансформаторов по методу коэффициента спроса, выбрал провода и кабели с учетом всех необходимых условий. С целью обеспечения защиты электроприемников от ненормальных режимов работы выбрал пускозащитную аппаратуру, учитывая значения токов к. з. Проект соответствует техническим требованием государственного стандарта.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика предприятия

Автоматизированный цех (АЦ) предназначен для выпуска металлоизделий.

Он является одним из цехов металлургического завода и имеет два основных участка: штамповочный и высадочный.

На участках установлено штатное оборудование: кузнечно-прессовое, станочное, сварочное и другие. В цехе предусмотрены следующие помещения: для трансформаторной подстанция, агрегатная, вентиляторная, инструментальная, для бытовых нужд, складское, административное.

Цеховая трансформаторная подстанция получает электроснабжение от ГПП завода по кабельной линии длиной 1 км напряжение 10кВ. Расстояние от энергосистемы до ГПП – 4 км, линия электроснабжения – воздушная. Металлургический завод имеет 1-ю категорию надёжности электроснабжения. На ГПП установлены 2 трансформатора мощностью 32МВ*A каждый, напряжение обмотки высокой стороны – 150кВ. Мощность системы – 400МВ*А, сопротивление системы – 0,35.

В перспективе от этой же ТП предусмотрено электроснабжение других участков с расчётными мощностями: Рдоп=95кВт, Qдоп=130 кВАр.

На штамповой участке требуется частое перемещение оборудования. Количество рабочих смен-2

Электроприёмники цеха относятся к 3-ей категории по надёжности электроснабжения.

Грунт в районе цеха-супесь. Каркас задания цеха смонтирован из блоков секций длиной 6 м каждый.

Размер цеха АхВхС=48Х30Х8 м.

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 3,6 м.

1.2 Исходные данные для проектирования

Таблица 1 – Перечень Оборудования и мощность электропотребления электроприёмников АЦ.

Продолжение Таблицы 1

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Энергетическая характеристика электроприемников

Таблица 2 – Энергетическая характеристика электроприемников

2.2 Выбор категории по надежности электроснабжения

Все потребители электрической энергии при питании от государственной энергосистемы различаются по надёжности электроснабжения, иначе по категориям.

К электроприёмникам 2-й категории относятся электроприёмники перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта. Допускают перерыв в электроснабжении до одних суток, их электроснабжение может осуществляться по одной воздушной линии или по одной кабельной линии состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединённых к одному общему аппарату. К потребителям 2-й категории относятся мастерские. К электроприёмникам 3-й категории относятся все электроприёмники, которые не относятся к 1-й и 2-й категории.

Я считаю, что потребители ЭЭ цеха обработки корпусных деталей по надёжности и бесперебойности электроснабжения относятся к 3 категории.

2.3 Выбор рода и тока питающего напряжения

При проектировании необходимо выбрать род тока (переменный или постоянный) и напряжение сети.

Для силовых электрических сетей промышленных предприятий в основном применяется трехфазный переменный ток. Постоянный ток рекомендуется использовать в тех случаях, когда он необходим по условиям технологического процесса (зарядка аккумуляторных батарей, питание гальванических ванн), а также для плавного регулирования частоты вращения электродвигателей. Если необходимость применения постоянного тока не вызвана технико-экономическими расчетами, а она не вызвана, то для питания силового ЭО будем использовать трехфазный переменный ток.

В автоматизированный цех с преобладанием электроприемников малой мощности мне более выгодно использовать напряжение 380 В, т.к. недостатками напряжения 660 В является невозможность совместного питания сети, освещение силовых электроприёмников от общих трансформаторов.

2.4 Разработка схемы внешнего электроснабжения

Рисунок 1 – Схема внешнего электроснабжения

Цех получает электропитание от ГПП завода. Расстояние от ГПП до цеховой КТП-0,8км, а от энергосистемы до ГПП-16км. На ГПП установлены 2 трансформатора мощностью 6,3 мВА каждый; обмотка высокого напряжения 35 кВ, обмотка низкого напряжения 10 кВ.

2.5 Расстановка электроприемников на плане объекта

Рисунок 2 – План расположения ЭО цеха обработки корпусных изделий

1..4 – Сварочные аппараты

5...9 – Гальванические ванны

10,11 – Вентиряторы

12,13 – Продольно-фрезерные станки

14,15 - Горизонтально-расточные станки

16,24,25 – Агрегатно-расточные станки

17,18 – Плоско-шлифовальные станки

19,21,22,23 – Краны консольные поворотные

26 – Токарно-шлифовальный станок

27..30 – Радиально-сверлильные станки

31,32 – Алмазно-расточные станки

2.6 Разработка схемы внутреннего электроснабжения

Рисунок 3 – Схема внутреннего электроснабжения

2.7 Расчет мощности и выбор трансформаторов

2.7.1 Приведение мощностей трехфазных электроприемников к длительному режиму

P_расч.=Р_ном*K_и

1) Расчетная активная мощность приемников:

1.1 Р_расч1= S_н*√ПВ * cosφ = 44*0,7*0,5*4=61,6 кВА- для сварочных аппаратов

1.2 P_расч2=Р_ном*K_и = 45*0,8*5=180 кВт - для гальванических ванн

1.3 Р_расч3=15*0,65*2=19 кВт - для вентилятора

1.4 Р_расч4=22*0,17*2=7 кВт- для продольно-фрезерных станков

1.5 Р_расч5=30*0,17*2=10 кВт-для горизонтально-расточных станков

1.6 Р_расч6=18,5*0,17*3=9 кВт - для агрегатно расточных станков

1.7 Р_расч7=22*0,17*2=7 кВт - для плоскошлифовальных станков

1.8 Р_расч8=11*0,05*5=3 кВт - для кранов консольных поворотных

1.9 Р_расч9=18,5*0,17*1= 3 кВт-для токарно-шлифовального станка

1.10 Р_расч10=4*0,17*4=3 кВт-для радиально-сверильных станков

1.11 Р_расч11=5,5*0,17*2=2 кВт-для алмазно-расточных станков

2) Расчетная реактивная мощность приемников

2.1 Q_р1=Р_р1*tgφ = 61,6 *1,73= 107 кВАр

2.2 Q_р2=Р_р2*tgφ=180*0,56=101 кВАр

2.3 Q_р3=Р_р3*tgφ = 19*0,62= 12 кВАр

2.4 Q_р4=Р_р4*tgφ = 7* 0,54= 4 кВАр

2.5 Q_р5=Р_р5*tgφ = 10* 0,54=5 кВАр

2.6 Q_р6=Р_р6*tgφ = 9* 0,6= 5 кВАр

2.7 Q_р7=Р_р7*tgφ = 7*0,54= 4 кВАр

2.8 Q_р8=Р_р8*tgφ = 3*0,65= 2 кВАр

2.9 Q_р9=Р_р9*tgφ =3*0,6= 2 кВАр

2.10 Q_р10=Р_р10*tgφ =3*0,7 =2 кВАр

2.11 Q_р11=Р_р11*tgφ =2* 0,67 =1 кВАр

Таблица 3 – Результаты расчетов

3) Суммарная активная мощность всех приемников

ΣР_p=Р₁+Р₂…+ Р_n=62+180+19+7+10+9+7+3+3+3+2=305 кВт

4) Суммарная реактивная мощность всех приемников

∑Q_p =Q_{1 +}Q_{2 ,,,,,}+ Q_n=107+101+12+4+5+4+2+2+2+1=244 кВАр

5) Полная расчетная мощность приемников

S_р=√ΣP_р²+ΣQ_р²=√305² +244 ^{2 =} 391кВАр

S_{р 2кат}=√ΣP_{р 2кат}²+ΣQ_{р 2кат}²=√232²+131² =266 кВАр

6) Принимаем два трансформатора для ТП цеха, т.к. потребители 2 и 3 категории

7) Принимаем типовой трансформатор мощностью 400 кВА, что больше, чем расчетная, тип ТМ 400/10.

8) Проверяем коэффициенты загрузки трансформатора во время работы.

8.1 На время аварийного включения.

β_ав= S_{p 2кат.}/ S_ном= 266 /400=0,6

8.2 β_норм = _.S_p / S_ном* 2= 391/400*2=0,5 - есть резерв для расширения производства

Окончательно выбираем трансформатор: тип ТМ 400/10

Для трансформатора ГПП

I_н1=S_ном / √3*U_ном1 =6300 / √3* 35= 106А

I_н2 =S_ном / √3*U_ном2 =6300 / √3* 10= 370 А

Для трансформатора цеховой КТП

I_н1 =S_ном / √3*U_ном1 =400 / √3* 10= 23,1 А

I_н2 =S_ном / √3*U_ном1 =400 / √3* 0,4= 578 А

Таблица 4 - Данные трансформатора ГПП и цеховых КТП

2.8 Компенсация реактивной мощности

1) Находим коэффициент мощности

COSφ=ΣР_р/S_р= 305/391=0,78

tgφ_ср=Q_p/ P_p= 244/305=0,8

2) Q_p=P_p*tgφ=305*0,8=244 кВАр

3) Рассчитываем необходимую мощность конденсаторной установки

Q_к= Σ Р_р*( tgφ–tgφ_н)=305*(0,8-0,25)=168кВАр

4 ) Принимаем соединительный конденсатор в ‛‛треугольник „ и определяем емкость на одну фазу

С_ф=Q_k*10³ /3U² *2*π*50= 168*10³/3*10² *2*3,14*50=1,8 мкФ

5) Определяем количество конденсаторов на фазу

n= С_ф/С_k=1,8/0,376=4,8 5шт.

6) Определяем число конденсаторов в батарее

m=3*n=3*5=15шт, где С_k = 1,04 мкФ, Q1=13кВАр

7) Общая мощность конденсаторной батареи

Qк.ф.=m* Q1=15*13=195кВАр

Имеется резерв ёмкостной мощности позволяющий поддерживать требуемую величину, cosφ с неким запасом.

Q_pез=Qк.ф-Q_k= 195-168= 27кВАр

8 Находим tgφ_факт.= (Q_p - Qк.ф ) / P_p =(244-195)/305= 0,16

что соответствует cosφ=0,99

Требование ПУЭ выполняется.

2.9 Расчёт токов к.з. в сети напряжением свыше 1000 В

1) Составляем расчетную схему и схему замещения

Рисунок 4 – Расчетная схема

Рисунок 5 – Схема замещения

Таблица 5 – Исходные данные для расчета

2) Принимаем мощность системы S^*_c=200мВА

3) Рассчитываем базисные напряжения

U^*_б1=1, 05*U_ном1=1,5*35=36,75кВ

U^*_б2=1, 05* U_ном2=1,5*10=10,5кВ

4) Рассчитываем базисный ток

I_б1=S^*_б/√3* U_б1=200/√3 *36,75=3,142 кА

I_б2=S^*_б/√3* U_б2=200/√3 *10,5=11 кА

5) Рассчитываем базисные сопротивления

Базисное сопротивление системы

Х^*_{б с}= Х^*_с* S_б/S_ном=0,4*200/200=0,4 Ом

Базисное сопротивление линии КЛ:

Х^*_{б кл}=Х₀*l₂* Sб/ U²_б2=0,08*0,8*200/10,5²=0,12 Ом

Базисное сопротивление линии ВЛ:

Х^*_{б вл}=Х₀*l₁* S_б/ U²_б1=0,08*16*200/36,75=0,95Ом

Базисное сопротивление тр-ра:

Х^*_бтр=U_кз*S_б/100*S_{ном тр}=4,5*200/100*6,3=1,4 Ом

6) Находим результирующие сопротивления от источника до каждой точки к.з.

До точки К1:

Х ^*_{б рез1}= Х ^*_{б с}+ Х ^*_{б вл}=0,4+0,95=1,35 Ом

До точки К2:

Х ^*_{б рез2}= Х ^*_рез1 + Х ^*_{б кл}+Х ^*_{б тр}=1,35+0,12+ 1,4=2,87 Ом

7) Находим расчетные сопротивления до точек к.з.

До точки К1 :

Х ^*_расч1= Х ^*_{б рез1}*S^*_с / S_б=1,35*200/200=1,35

Х ^*_расч2= Х ^*_{б рез2}*S^*_с / S_б=2, 87*200/200=2,87

8) Находим токи к.з. для каждой точки, при этом учитывается величина Х^*_расч:

Так как Х ^*_расч 3, то находим коэффициенты до точки К1:

К _t=0=О,68; К _t=∞=О,82; К_t=0,2=0,68

I₀= К _t=0* I_б1=0,68*3,1=2,1кА

I_∞= К _t=∞*I_б1=0,82*3,1=2,54 кА

I_0,2= К _t=0,2*I_б1=0,68*3,3=2,1 кА

Находим ударный ток:

К_У=1,8-для ГПП

i_у=К_у*√2*I₀=1,8*√2*2,1=5,3 кА

Находим токи к.з. для точки К-2:

I₀= К^* _t=0 I_б2=0,345*11=3,8 кА

I_∞= К _t=∞*I_б2= 0,36*11= 3,96кА

I_0,2= К _t=0,2*I_б2=0,335*11= 3,7кА

Находим ударный ток для точки К-2:

К_У=1,3-для КРУ

i_у=К_у*√2* I₀=1,3*√2*3,8=7кА

9) Рассчитываем мощности к.з.

До точки К1:

S₀= К_t=0 *S^*_б=0,68*200=136мВА

S_0,2= К_t=0,2 *S_б=0,68*200=136мВА

S = К_t=∞ *S_б=0,82*200=164мВА

До точки К2:

S₀= К_t=0* S^*_б=0,345*200=69 мВА

S_0,2= К_t=0,2 *S_б=0,335*200=63мВА

S = К_t=∞ *S_б=0,36*200=72мВА

2.10 Выбор питающих линий напряжением свыше 1000 В

Питание до ГПП осуществляется двумя ЛЭП длиной 16 км. Питание от ГПП до КТП осуществляется кабельной линией 0,8 км.

1) Рассчитываем ток нагрузки

I_нагр= 1,1* S_{номтр-ра}/√3*U_ном*cosφ=1,1*6300/√3*35*0,78=149 А

При выборе провода должно выполняться условие: I_дл.доп≥I_нагр

Выбираем провод А-35

2) Проверка по допустимым потерям напряжения

γ=32

l- длина линии-16000 м

ΔU_доп=0,05* U_ном=0,05*35000= 1750В

S_ΔU=√3* I_нагр*l*cosφ/γ*_ΔU_доп=√3*149 *16000*0,78/32*1750=56,4 мм²

3) Проверка по механической прочности проводов

По условиям механической прочности сечение провода для ВЛ должно быть не менее 16 мм²

4) Проверка по экономической плотности тока

jэк– экономическая плотность тока, А/мм²

Экономическая плотность тока зависит от числа часов использования максимальной нагрузки Т_max . Для промышленного предприятия, работающего в две смены Т_max=8000 ч. Находим экономическую плотность тока для кабелей j_эк=1,1 А/мм²

S_эк= I_нагр/j_эк=149/1,1=135,4 мм²

Окончательно выбираем провод марки А-120, алюминиевый сечением 120мм²

Проверяем выбранный провод на потери на напряжение:

∆U_расч=√3*I_н*l*cosφ*S=√3*149*16000*0,78/32*120=823 В

∆U_расч<∆U_доп (823<1750) провод подходит по условиям потерей на напряжение

для кабельной линии.

1) Рассчитываем ток нагрузки

I_нагр= 1,1* S_{ном.тр-ра}/√3*U _ном*cos φ =1,1*400/√3*10*0,78= 33А

При выборе провода должно выполняться условие: I_дл.доп≥I_нагр

Выбираем кабель ААБ-10-3*16

2) Проверка по допустимым потерям напряжения

ΔU_доп=0,05* U_ном=0,05*10000= 500В

γ=32

l- длина линии-800 м

SΔU=√3* I_нагр*l*cosφ/γ*ΔU_доп=√3*33*800*0,78/32*500=2,2мм²

3) Проверка по механической прочности жил

Для стационарных силовых приемников, каким и является трансформатор, минимальное сечение жил по условиям механической прочности должно быть не менее 10 мм²

4) Проверка по экономической плотности тока

J_эк=1,4 А/мм²

S_эк= I_нагр/j_эк=33/1,4=23,5 мм²

5) По термической стойкости к токам КЗ

I_к∞- установившийся ток КЗ,А

t_ф-приведённое время действия защиты 0,2с

С=90-для алюминия

S_терм= I_к∞*√t_ф/C= 3960*√0,2/90= 19,4 мм²

Выбираем кабель ААБГ-10-3-25 мм²

Проверяем выбранный кабель на потери на напряжение:

∆U_расч=√3*I_н*l*cosφ/γ*S=√3*33*800*0,78/32*25=43,7В

∆U_расч<∆U_доп(43,7<500) провод подходит по условиям потерей на напряжение

2.11 Выбор питающих линий напряжений до 1000В

Таблица 6 – Исходные данные для расчета

Продолжение Таблицы 6

Продолжение таблицы 6

Сварочный аппарат:

1) I_нагр=136,2А

При выборе кабеля должно выполняться условие:

I_дл.доп≥ I_нагр

Выбираем кабель ААБ-0,4-4*35

2) Проверка по допустимым потерям напряжения:

S∆u=(√3*I_н*l*cosφ)/(γ*U_доп)=(√3*136,2*8*0,5)/(32*19)=1,52мм²

γ=32

U_доп=0,05*380=19 В

3) Проверка по механической прочности проводов:

По условиям механической прочности сечение жилы кабеля для стационарных силовых электроприемнников, должно быть не менее 10 мм²

4) Проверка по экономической плотности тока:

S_эк=I_н/J_эк.=136,2/1,4=97,2мм²

j_эк– экономическая плотность тока, А/мм²

Экономическая плотность тока зависит от числа часов использования максимальной нагрузки Т_max .

Для промышленного предприятия, работающего в две смены: Т_max=3000 ч.

Находим экономическую плотность тока для кабелей j_эк=1,4 А/мм²

Окончательно выбираем кабель, сечение которого удовлетворяло бы всем четырем условиям, а именно ААБ– 0,4 – 4*95.

5) Проверяем выбранный кабель на потери на напряжение:

U_факт.=(√3*I_нагр*l*cosφ)/ (γ*S)=(√3*136,2*8*0,5)/(32*95)= 0,3 В

∆U_факт.<∆U_доп (0,3<19) кабель подходит по условиям потерей на напряжение.

Вентилятор:

1) I_нагр=30А

При выборе кабеля должно выполняться условие:

I_дл.доп≥ I_нагр

Выбираем кабель ААБ-0,4-4*2,5

2) Проверка по допустимым потерям напряжения:

S∆u=(√3*I_н*l*cosφ)/(γ*U_доп)=(√3*30*8*0,5)/(32*19)=0,13мм²

γ=32

U_доп=0,05*380=19 В

3) Проверка по механической прочности проводов:

По условиям механической прочности сечение жилы кабеля для стационарных силовых электроприемников должно быть не менее 10 мм2.

4) Проверка по экономической плотности тока:

S_эк=I_н/J_эк.=30/1,4=21,4мм²

Окончательно выбираем кабель, сечение которого удовлетворяло бы всем четырем условиям, а именно ААБ– 0,4 – 4*25

5) Проверяем выбранный кабель на потери на напряжение:

U_факт.=(√3*I_нагр*l*cosφ)/ (γ*S)=(√3*30*8*0,5)/(32*25)=0,25В

∆U_факт.<∆U_доп (0,25<19) кабель подходит по условиям потерей на напряжение.

Остальные электроприемники рассчитываются аналогично. Результаты расчетов заношу в таблицу.

Таблица 7 – Результаты расчётов

Продолжение Таблицы 7

2.11.2 Групповые кабели

Таблица 8- Исходные данные для расчета

Продолжение Таблицы 8