Проектирование и расчет элементов системы электроснабжения цеха пищевого предприятия
Федеральное агентство по образованию
Московский государственный университет технологий и управления
Курсовая работа
по предмету: «Электротехника и электроника»
на тему: «Проектирование и расчет элементов системы электроснабжения цеха пищевого предприятия»
Выполнил студент III курса
Мамедов Р.А
Преподаватель: Макеева О.В
Москва 2009 год
ЗАДАНИЕ
ТРЕБУЕТСЯ: Спроектировать и рассчитать основные элементы системы электроснабжения цеха пищевого предприятия. Для этого необходимо:
. Рассчитать токи в цепях питания каждого электродвигателя, суммарные токи и сечения проводов кабелей, от двигателей к распределительным пунктам, и от распределительных пунктов (РП1 и РП2) к трансформаторной подстанции.
. Вычертить на листе А4 план цеха и разместить на нем указанные в задании электродвигатели, трансформатор, два распределительных пункта и кабели, идущие к электродвигателям и от трансформатора к РП.
. Рассчитать общее освещение цеха. Выбрать тип светильников для общего освещения рабочих мест. Вычертить на листе А4 схему размещения и подключения светильников к распределительным пунктам.
. Рассчитать суммарную мощность электроэнергии, потребляемой цехом и выбрать тип трансформатора.
. Рассчитать мощность батареи конденсаторов, обеспечивающих заданную величину коэффициента мощности.
. Вычертить на листе размером А4 электрическую схему трансформаторной подстанции и распределительных пунктов.
. Подключить на схеме подстанции необходимые измерительные приборы
. Определить годовой расход и рассчитать стоимость электроэнергии, потребляемой цехом.
Исходные данные
Введение
Передача, распределение и потребление электроэнергии на промышленных предприятиях должны производиться с высокой экономичностью, надежностью и требуемым качеством электроэнергии.
В цеховых электрических сетях используется огромное количество проводникового материала и электрической аппаратуры, поэтому выбор схемы питания определяет не только качество и особенности работы электрооборудования, но и технико-экономические показатели всей системы электроснабжения.
Схема электроснабжения не должна быть многоступенчатой и содержать недогруженное оборудование, должен быть использован наиболее простой способ прокладки сети.
Распределительные устройства, как правило располагают вблизи центров нагрузки. Питающие сети должны иметь по возможности, минимальную длину. Каждый участок или отделение цеха питаются от своих распределительных устройств, исключаяпо возможности подключения потребителей устройств или отделений цеха.
В установках с параллельными технологическими потоками рекомендуется схему распределения электроэнергии строить так чтобы аварийное отключение приводило к отключению механизмов относящихся только к одному технологическому потоку.
Понижение напряжения осуществляется с помощью трансформаторной подстанции (ТП). ТП на пищевых предприятиях, имеющих взрывоопасные зоны (элеваторы, мукомольные заводы и др.) должны располагаться в отдельных помещениях, которые могут быть встроенными/пристроенными к основным.
Цель данной курсовой работы - спроектировать и рассчитать основные элементы системы электроснабжения цеха пищевого предприятия.
Для достижения поставленной цели, необходимо выполнить следующие задачи:
1. Рассчитать токи в цепях питания каждого электродвигателя, суммарные токи и сечения проводов кабелей, от двигателей к распределительным пунктам, и от распределительных пунктов (РП1 и РП2) к трансформаторной подстанции.
. Вычертить на листе А4 план цеха и разместить на нем указанные в задании электродвигатели, трансформатор, два распределительных пункта и кабели, идущие к электродвигателям и от трансформатора к РП.
. Рассчитать общее освещение цеха. Выбрать тип светильников для общего освещения рабочих мест. Вычертить на листе А4 схему размещения и подключения светильников к распределительным пунктам.
. Рассчитать суммарную мощность электроэнергии, потребляемой цехом и выбрать тип трансформатора.
. Рассчитать мощность батареи конденсаторов, обеспечивающих заданную величину коэффициента мощности.
. Вычертить на листе размером А4 электрическую схему трансформаторной подстанции и распределительных пунктов.
. Подключить на схеме подстанции необходимые измерительные приборы
. Определить годовой расход и рассчитать стоимость электроэнергии, потребляемой цехом.
Глава 1. Проектирование элементов системы электроснабжения цеха
.1 Электроснабжение
Системы электроснабжения современных производственных предприятий должны быть экономичными, надежными, безопасными и удобными в эксплуатации. Должно быть обеспечено надлежащее качество электроэнергии (предельно допустимые значения коэффициента мощности, реактивной мощности (мощности потерь), отклонения переменного напряжения от синусоиды и т. п., которые устанавливаются в соответствии с требованиями энергосистемы). Также система должна быть гибкой, дающей возможность дальнейшего развития без существенного переустройства основных вариантов электросетей на период строительства и эксплуатации. При проектировании электроснабжения важно учесть условия окружающей среды.Должно быть обеспечено минимум сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации, снижение первоначальных затрат и уменьшение потерь электроэнергии с одновременным повышением надежности и безопасности.
При решении вопросов резервирования учитывается перегрузочная способность электрооборудования, величина предшествующей нагрузки на другие факторы. Для этой цели коммутационные аппараты выбираются на такие номинальные токи, которые не ограничивают использование перегрузочной способности трансформаторов, кабелей и т.п. Учитывается также степень резервирования в технологической части (резервные насосы, компрессоры с отдельным питанием, а также резервные емкости: бункера, баки, склады сырья и полуфабрикатов и т.п.).
При определении объема резервирования и пропускной способности всей системы электроснабжения в целом нельзя допускать завышения количества электрооборудования и кабелей, и их номинальных токов, сечения и т.п.
Для оптимального решения системы электроснабжения производится технико-экономическое сравнение нескольких вариантов и выбирается наиболее экономичный из них (сравниваются варианты примерно равноценные по надежности и бесперебойности электроснабжения). Все технико-экономические показатели определяются применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники.
1.2 Принципы построения электрической схемы
Требования, предъявленные к схемам электроснабжения, весьма многообразны. Они зависят от величины предприятия и потребляемой мощности. На схемы электроснабжения влияют специфические факторы свойственные отдельным промышленным предприятиям в частности наличие зон с агрессивной средой, особых групп электроприемников, требующих повышения надежности питания и др. Эти факторы предъявляют дополнительные требования к системам электроснабжения. На схему электроснабжения оказывают влияние особенности работы отдельных производств, в частности их наиболее ответственных агрегатов, нормальное функционирование которых обеспечивает бесперебойность технологических процессов. Недоучет этих факторов вследствие плохого знания технологии может привести к недостаточному резервированию и к неоправданным затратам на излишнее резервирование.
Система электроснабжения наиболее рациональна и надежна, когда источники высшего напряжения максимально приближены к потребителям, а прием электроэнергии рассредоточивается по нескольким пунктам, благодаря чему сводится к минимуму число сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации.
Схема электроснабжения строится таким образом, чтобы все ее элементы постоянно находились под нагрузкой («холодный» резерв, т.е. отключенный при нормальном режиме, применяется в исключительных случаях и почти всегда отсутствует). Такое решение наиболее экономично и надежно. Резервирование предусматривается в самой схеме электроснабжения путем перераспределения отключенных нагрузок между оставшимися в работе частями сети с использованием перегрузочной способности электрооборудования и отключением в отдельных случаях неответственных потребителей. Восстановление питания производится автоматически.
Для питания цеховых потребителей, в основном, применяют систему трехфазного переменного тока напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью цехового трансформатора.
На выбор схемы распределения электроэнергии и ее конструктивное исполнение оказывают влияние следующие факторы: требования к бесперебойности питания, размещение технологического оборудования по площади цеха, условия среды в цехе, размещение трансформаторных подстанций.
Схема электроснабжения должна быть надежна и безопасна, удобна в эксплуатации и экономична, т.е. соответствовать минимуму затрат на ее сооружение.
Схема электроснабжения не должна быть многоступенчатой и содержать недогруженное оборудование, должен быть использован наиболее простой способ прокладки сети. Распределительные устройства, как правило, размещают вблизи центров нагрузок. Питающие сети должны, по возможности, иметь минимальную длину. Каждый участок или отделение цеха питаются от своих распределительных устройств, исключая, по возможности, подключение других отделений или участков цеха.
В установках с параллельными технологическими потоками рекомендуется строить схему распределения так, чтобы аварийное отключение или отключение для ревизии или ремонта одного из элементов (трансформатора, двигателя, распределительного пункта и т. п.) приводило к отключению механизмов, относящихся только к одному технологическому потоку.
В схемах электроснабжения применяют электрооборудование со степенью защиты, соответствующей характеру среды в помещении.
В цеховых сетях различают питающую и распределительную сети. Линии цеховой сети, отходящие от трансформаторной подстанции или вводного устройства, образуют питающую сеть, а линии, подводящие энергию от шинопроводов или распределительных пунктов, непосредственно к электроприемникам - распределительную сеть.
Внутризаводское распределение электроэнергии выполняется по магистральной, радиальной или смешанной схеме в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надежности питания. При прочих равных условиях применяются магистральные схемы, как наиболее экономичные. При магистральной схеме питание от подстанций к отдельным узлам нагрузки и мощным приемникам осуществляется по отдельной линии.
Важным является обеспечение питания осветительных и силовых нагрузок в ночной период, в выходные и праздничные по возможности без больших затрат на дополнительные сетевые устройства. Наиболее удачно решается эта задача при однотрансформаторных цеховых подстанциях, которые для взаимного резервирования подстанций обычно связываются между собой перемычками низкого напряжения, рассчитанными на мощность 15 - 30% мощности трансформатора. Это дает возможность отключать часть трансформаторов в период малых нагрузок, что обеспечивает получение экономического эффекта за счет снижения потерь электроэнергии и повышения коэффициента мощности.
Схемы распределения электроэнергии внутри предприятия имеют ступенчатое построение. В большинстве случаев применяются две-три ступени, так как многоступенчатые схемы усложняют коммутацию и защиту. На небольших предприятиях применяются одноступенчатые схемы распределения электроэнергии с применением второй ступени лишь для удаленных от приемного пункта потребителей.
Схема распределения электроэнергии взаимосвязана с технологической схемой объекта:
1)Питание электроприемников разных параллельных технологических потоков предусматривается от разных подстанций, РП или магистралей или от различных секций шин одной подстанции или РП, для того, чтобы при аварии не остановились оба технологических потока;
2)В пределах одного потока все взаимосвязанные технологические агрегаты присоединяются к одному источнику (подстанции, РП, секции и т. д.), чтобы при прекращении питания потока все входящие в его состав электроприемники были обесточены;
При магистральных схемах электроэнергия подается от основного энергетического узла или центра питания предприятия непосредственно к цеховым распределительным и трансформаторным подстанциям. Уменьшается число звеньев распределения и коммутации электроэнергии. В этом заключается основное и очень существенное преимущество этих схем. Магистральные схемы целесообразны при распределенных нагрузках, при расположении подстанций на территории проектируемого объекта, благоприятствующем возможно более прямому прохождению магистралей от источника питания до потребителей энергии без обратных потоков и энергии длинных обходов. Они наиболее удобны при резервировании цеховых подстанций от другого источника в случае выхода из работы основного питающего пункта. Магистральные сети выполняют шинопроводами или кабелями. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, относят к высоконадежной системе электроснабжения. Их применяют для питания потребителей любой категории надежности.
Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть двухступенчатыми и одноступенчатыми. Одноступенчатые схемы применяются на малых предприятиях, а двухступенчатые - на больших.
При радиальной схеме питание одного достаточно мощного потребителя или группы потребителей осуществляют от трансформаторной подстанции или вводного устройства по отдельной питающей линии.
Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми, когда питание подается непосредственно от трансформаторной подстанции и двухступенчатыми, когда питание подается от промежуточного распределительного пункта.
Радиальные схемы применяют для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников в цехе или на отдельных его участках, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях, где невозможно применение магистральных схем. Их выполняют кабелями или проводами, прокладываемыми открыть, в трубах, в специальных каналах.
К достоинствам радиальных схем относятся: высокая надежность и удобство автоматизации, поэтому они рекомендуются для питания приемников I категории.
К недостаткам этих схем относятся: значительный расход проводникового материала, ограниченная гибкость сети при перемещении технологического оборудования, необходимость в дополнительных площадях при размещении силовых распределительных пунктов.
1.3 Осветительные сети
Питание электрического освещения, как правило, производится от общих для силовых и осветительных нагрузок трансформаторов напряжением 380/220 В самостоятельными линиями.
Если в цехе имеются нагрузки, ухудшающие показатели качества электрической энергии, то питание таких нагрузок и освещения осуществляют от разных трансформаторов.
В зависимости от мощности осветительной нагрузки, размеров и конфигурации осветительной сети, питающую линию подводят непосредственно к групповому щитку или магистральному пункту.
Возможен также вариант, когда от магистрального пункта отходят как групповые линии к светильникам, так и линии к групповым щиткам или осветительным шинопроводам.
В качестве осветительных магистральных и групповых щитков применяют распределительные пункты серии ПР8513 с трехполюсными автоматическими выключателями и ПОР8513 с однополюсными автоматическими выключателями.
В больших производственных зданиях питающую осветительную сеть с использованием распределительных шинопроводов типа ШРА. В этом случае вместо групповых щитков к шинопроводу подключают группы светильников через отдельные аппараты защиты и управления.
Групповая сеть предназначена для непосредственного подключения светильников внутреннего освещения и штепсельных розеток. Групповые сети также выполняют осветительными шинопроводами двухпроводными (фаза - нуль) ШОС2 - 25, ШОС80 и четырехпроводными (три фазы - нуль) ШОС4 - 25, если их нагрузка не менее 50% от номинального тока шинопровода. Шинопроводы используют в помещениях любого назначения с нормальной средой, кроме особо сырых, при расположении светильников рядами.
В осветительных установках рабочего освещения применяют: лампы накаливания, люминесцентные лампы ЛБ и ртутнокварцевые лампы типа ЛДР. Лампы накаливания используются в основном в светильниках местного освещения. Их преимущества - меньшая усталость глаз при длительной работе при искусственном освещении, компактность, простота включения, устойчивая работоспособность. Люминесцентные лампы имеют большую световую отдачу и срок службы и наиболее широко используются для освещения производственных помещений. Располагать люминесцентные лампы рекомендуется рядами, параллельно длинной стороне помещения или стене с окнами. Лампы ЛДР рекомендуется применять для общего освещения производственных помещений высотой 6м и более в тех случаях, когда по характеру работы не требуется точное различение цветов и оттенков, для освещения основных проходов и проездов с интенсивным движением транспорта и людей на территориях предприятий; а также для освещения участков открытых территорий, требующих повышенной освещенности.
трансформатор светильник батарея конденсатор
Глава 2. Расчет основных элементов системы электроснабжения цеха пищевого предприятия
2.1