Проектирование электропроводки для цеха производства стальных труб

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Краткая характеристика технологического процесса

2. Систематизация и расчет электрических нагрузок и годовых расходов электроэнергии

2.1 Систематизация электрических нагрузок

2.2 Расчет силовых электрических нагрузок

2.3 Расчет осветительных нагрузок

2.4 Определение годовых расходов электроэнергии

2.5 Расчет потерь мощности и энергии в трансформаторе цеховой подстанции

3. Выбор номинального напряжения цеховой сети

4. Выбор и построение цеховой сети

4.1 Построение цеховой сети, выбор местоположения и мощности цеховой подстанции

5. Выбор схемы питающей и распределительной сети

6. Компенсация реактивных нагрузок

6.1 Выбор мощности конденсаторных батарей

7. Расчет распределительной, питающей сетей, троллеев и заземления

7.1 Выбор сечения проводов, плавких вставок предохранителей, уставок автоматов и диаметров труб электропроводок

7.2 Расчет распределительных шинопроводов

7.3 Расчет и выбор силовых распределительных шкафов

7.4 Расчет питающей сети

7.5 Расчет крановых троллеев

7.6 Расчет сети заземления (петли фазный - нулевой провод) и проверка действия защиты от замыкания на землю

8. Выбор цеховой КТП

9. Технико-экономические показатели проекта

Специальный вопрос

10. Разработка мероприятий по снижению потерь электроэнергии в цеху

11. Компенсация реактивной мощности

11.1 Компенсация реактивной мощности на напряжение 0,4 кВ

11.2 Компенсация реактивной мощности на напряжение 10 кВ

12. Потери в кабелях и линиях

13. Экономия электроэнергии в местах контактных соединений в электроустановках

13.1 Экономия электроэнергии за счёт устранения дефектов контактных соединений в электроустановках

13.2 Снижение потерь электроэнергии за счёт внедрения электропроводящей смазки для контактов

14. Снижение затрат на электроэнергию за счёт внедрения современных сварочных аппаратов, взамен морально устаревших и энергетически затратных

15. Замена вентиляторов на более экономичные, с энергоэффективными двигателями

16. Установка инфракрасных датчиков движения и присутствия

16.1 Экономический эффект от установки

17. Установка электронных пускорегулирующих аппаратов

18. Оценка эффективности инвестиций в схему электроснабжения трубного цеха

Вывод

Заключение

Список литературы

нагрузка электроэнергия трансформаторный мощность



1. Краткая характеристика технологического процесса трубного цеха

При проектировании системы электроснабжения трубного цеха общей площадью 111Ч49,5=5494,5 м² было учтено, что в цехе установлено 66 электроприемников с номинальной (установленной) мощностью 1093,58 кВт.

Цех предназначен для производства стальных труб. Вся продукция идет в дальнейшее производство.

По степени бесперебойности электроснабжения электроприемники относятся к третьей категории.

В проектируемом цеху среда сухая, с повышенным шумом от работающих станков, невзрывоопасная, без повышенной пожароопасности.

По степени поражения людей электрическим током цех относится к помещениям с повышенной опасностью.

План цеха с расположенным оборудованием приведен на рисунке 1.

Спецификация оборудования трубного цеха приведена в таблице 1.1.



2. Систематизация и расчет электрических нагрузок и годовых расходов электроэнергии

2.1 Систематизация электрических нагрузок

Определяем показатели режима работы электрических приемников для получения исходных данных и расчета электрических нагрузок по методу упорядоченных диаграмм. Выбираем коэффициент использования - k_и и cos

Все электроприемники повторно - кратковременного режима приводим к ПВ=100%.

р_н=S_пасп.Ч cos ц .

Результаты определения показателей режима работы приведены в таблице 2.1

2.2 Расчет силовых электрических нагрузок

Произведем расчет электрических нагрузок цеха по методу упорядоченных диаграмм.

Делим электроприемники на 2 группы:

1. электроприемники с переменным графиком нагрузки (k_и<0,6)

2. электроприемники с постоянным графиком нагрузки (k_и ?0,6)

Определим средние нагрузки за максимально загруженную смену по группам электроприемников одного режима работы. Расчет для станков нормального режима работы.

1. В графу 2 записываем количество электроприемников одного режима работы (с одинаковым k_и и cosц).

2. В графу 3 записывается суммарная установленная мощность электроприемников Р_н=_н

3. В графы 4,5 записываются выбранные коэффициент использования и коэффициент мощности cos ц.

4. Определим средние нагрузки по группам электроприемников одного режима работы

Р_см= k_и Ч_н;

Q_см= Р_см Чtg ц.

Средние нагрузки заносятся в графы 7,8 таблицы 2.2

5. Рассчитаем итоговую строчку таблицы 2.2

К_и= _см /_н.

6.В графе 10 рассчитаем n_э для группы электроприемников с переменным графиком нагрузки

n_э=

(Примечание: если электрический станок имеет несколько двигателей (многодвигательный электропривод), то необходимо учитывать отдельно номинальную мощность каждого двигателя)

7. Значение К^/ _м принимаем в следующих пределах

Ки	>0,2	?0,2
nэ	?10	>10	?100	>100
К/ м	1,1	1,0	1,1	1,0

8.Определяем максимальные расчетные мощности и запишем их в графы 12,13

Р _м=Р_смЧК_м;

Q _м=Q_смЧК^/ _м.

9.Для электроприемников с постоянным графиком нагрузки расчет ведется аналогично предыдущему до графы 8, но для них

P_м=P_см; Q_м=Q_см..

10.Подсчитываем итог по силовым нагрузкам, складывая итоги соответствующих граф в таблице 2.2. (n, P_н, P_см, Q_см, P_м, Q_м).

Для выбора мощности цеховой трансформаторной подстанции подсчитаем среднюю мощность за максимально загруженную смену, без учета компенсации реактивных нагрузок.

S_см=

Для выбора линий, отходящих от ТП, подсчитаем значение получасовой максимальной нагрузки и ток

S_м=

и ток

I_м= .

Результаты расчета приведены в таблице 2.2.



2.3 Расчет осветительных нагрузок

Расчет проводим по удельной плотности нагрузки и коэффициенту спроса

Площадь механического цеха

F=72Ч32,5=2340 м^{2 .}

Удельная плотность нагрузки:

P_ул=10 Вт/ м.

P_н= P_ул ЧF=10Ч10^-3 Ч2340 =23,40 кВт.

Коэффициент спроса

k_с=0,9; cosц =0,95 (tgц =0.33).

=0.33)

P_см.осв= k_с ЧPн=0,9Ч23,40= 21,06 кВт;

Q _см.осв= P_см.осв Чtgц = 6,949 квар.

Результаты расчета приведены в таблице 2.2

2.4 Определение годового расхода электроэнергии

Годовой расход активной электроэнергии:

W_г=б•Р_с •Т_г=0,75•307,72•4000=0,923 •кВт•ч.

Годовой расход реактивной электроэнергии:

V_г=б•Q_с •Т_г=0,95•254,64•4000=0,961•кварч.

где ц - годовой коэффициент сменности по энергоиспользованию, учитывающий неравномерность нагрузки по сменам, сезонные колебания нагрузки и другое, при односменном режиме работы принимается равным 0,55, при двухсменном режиме работы - 0,75, при трехсменном - 0,95;

Т_г - годовое число часов работы предприятия, равное для односменного режима работы - 2000 ч., для двухсменного режима работы - 4000 ч., при трехсменном режиме работы - 6000 ч.

Расход электроэнергии на освещение:

W_осв=К_с•Р_н•Т_{м осв} =0,9•2340•1900=0,4•кВт•ч.

где К_с - коэффициент спроса осветительных нагрузок;

Т_{м осв} - число часов использования максимума осветительной нагрузки, при односменной работе равно 150 - 450 часов, при двухсменной работе - 1750 - 2300 и трехсменной работе 3800 - 4900 часов (в зависимости от географической широты 40 - 60 ^о)

2.5 Расчет потерь мощности и энергии в трансформаторе цеховой подстанции

Согласно ПУЭ электроприемники II категории надежности рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников. Мощность трансформаторов выбирается из условия, что коэффициент загрузки должен быть в пределах (0,7 - 0,8) P_н, с учетом возможной перегрузки в аварийном режиме при питании резервируемых нагрузок.

Мощность трансформаторной подстанции выбираем по средней нагрузке за максимально загруженную смену (см. таблицу 2.2).

Принимаем ближайшую большую номинальную мощность S _н.т=400 кВА

К_з== =0,73

Технические данные трансформатора:

S_н=630 кВА; U_вн=6(10) кВ; U_нн =0,4 кВ; Р_хх = 13,10 кВт,

?Р_к=7,6 кВт; U_к=5,5 %; I_хх=2,4 %.

Потери мощности в трансформаторе рассчитываются по формулам:

активные:

?P_т=?P_хх + К_з² • ?Р_к= 13,10+(0,73)² •7,6 = 17,15кВт;

Реактивные:

?Q_т= + К_з² = + (0,73)² • =33,59квар,

Потери энергии в трансформаторе:

активные:

?W_т=P_хх •T_в + К_з² •?Р_к •ф =13,10 • 4000+ (0,73)² •7,6•800=55640,64кВт•ч,

реактивные:

?V_т= •T_в +К_з² • •ф =15,12 • 4000+(0,73)² • 34,65•800=75212,12 квар•ч,

Время максимальных потерь ф берем приближенно:

ф=T_м-1000=4750-1000=3750 ч.

где Т_м - время использования максимума активной нагрузки. Зависит от отрасли промышленности и составляет 4750ч (11,12)



3. Выбор номинального напряжения цеховой сети

Номинальное напряжение силовых электроприемников 380 В. Номинальное напряжение осветительных нагрузок 220 В. Поэтому применяется совместное питание силовых и осветительных нагрузок напряжением 380/220 В, которое в условиях промышленности считается наиболее экономичным.



4. Выбор и построение цеховой сети

Цеховые сети выполняем шинопроводами, кабельными линиями и электропроводками. Определяющими факторами при выборе конструктивного исполнения сети являются номинальные токи и напряжения электроприемников и их групп, расстояние от точки питания, условия окружающей среды, степень возгораемости строительных материалов и конструкций цеха, а также требования технической эстетики. Применение шинопроводов заводского изготовления упрощает обслуживание и сокращает длину сети, т.к. их можно располагать на высоте 2,5 м над уровнем пола, повышает степень индустриализации монтажа.

Распределительные шинопроводы применяются при линейном расположении электроприемников на территории цеха.

Подвод питания к распределительному шинопроводу осуществляем проводами или кабелями через вводные коробки, устанавливаемые в торце или местах стыка двух секций. Для подключения электроприемников имеются ответвительные коробки (с автоматами или предохранителями), устанавливаемыми с обеих сторон шинопровода через каждые 0.7 м.

Шинопроводы устанавливаем на стойках, кронштейнах (вдоль стены), подвесах и на колоннах с помощью различных конструкций на высоте не ниже 2.5 - 3 м. Расстояние между местами крепления не должны превышать 3 м.

При выборе конструктивного исполнения цеховой сети руководствуемся требованиями ПУЭ. В зависимости от полученной трассы, местоположения КТП, условий среды цеха, требуемой надежности питания электроприемников выбирается конструктивное исполнение элементов сети.

В данном проекте предварительно принимаем электроснабжение группы электроприемников цеха от распределительного шинопровода ШРА, а другую группу электроприемников подключаем к распределительным пунктам серии ШР. Окончательный выбор варианта схемы электроснабжения выполним после построения кратчайшей сети цеха.

4.1 Построение цеховой сети, выбор местоположения и мощности цеховой подстанции

Цеховая сеть строится на основе построения кратчайшей сети (8) с расстоянием первого порядка.

Выбор местоположения подстанции определяем на основе метода нахождения центра сети (10), с учетом уже построенной кратчайшей сети и местных ограничений плана цеха.

На кратчайшей сети выбираем такую точку, или участок сети, при расположении на которых ТП мощность наиболее мощного участка сети 0,4 кВ выходящая из КТП была бы минимальной. На плане силовой сети цеха эта точка обозначена крестиком.

После выбора S_н трансформатора определяются габариты КТП, их нужно выбирать с учетом размещения конденсаторов на подстанции.

В данном проекте подстанция является пристроенной, так как пристроенное помещение не выходит за пределы здания.

Пример построение кратчайшей сети для электроприемников с номерами: 43,44,45,46,47,48,49,60,61,62,63,64 представлен на рисунке 4.2.



5. Выбор схемы питающей и распределительной сети

На основании выбора цеховой трансформаторной подстанции и конфигурации кратчайшей сети выбираем трассу и схему практической сети. Даже при расположении электроприемников практически в одну линию распределительные шинопроводы могут выбираться только при нагрузке головного участка сети не менее 100 А, так как номинальный ток шинопровода ШРА равен 250 А. В случае, если кратчайшая сеть значительно отличается от прямолинейной, или ее нагрузка менее 100 А следует применять распределительные шкафы серии ШР.

При выборе силовых распределительных шкафов допускается иметь в каждом шкафу 1 или 2 группы запасных предохранителей. Шкафы располагаем у ближайших колонн или стен.

Все присоединения к цеховой сети должны быть снабжены необходимой коммутационной и защитной аппаратурой в соответствии с (15).

Схема питающей и распределительной сети приведена на рисунке 2.



6. Компенсация реактивных нагрузок

В качестве источника реактивной мощности будем выбирать КБ в зависимости от требуемой нам мощности. А выбор оптимального место расположения КБ, на высокой или низкой стороне трансформаторной подстанции, будем осуществлять по технико-экономическим расчетам.

6.1 Выбор мощности конденсаторных батарей

В цехе применяются конденсаторные установки. Для выбора мощности конденсаторной батареи задается P_см и tg. P_см определим из расчета нагрузок (таблица 2.2), tgц_вх принимаем равным 0.05, а

tg

Q_к =P_см•( tgц- tg _вх ) =222,06•(0,94-0,05) =198,114 квар.

В качестве компенсирующей установки выбираем ближайшую меньшую по мощности конденсаторную установку типа УК3 - 0.4 -180 У3.

Q_к = 180 квар



7. Расчет распределительной, питающей сетей, троллеев, и заземления

7.1 Расчет сечения проводов, плавких вставок предохранителей, диаметров труб электропроводок

В качестве примера ниже приведены расчеты токов различных групп электроприемников, с выбором для них аппаратов защиты и диаметров труб электропроводок.

1) Для станка с тяжелым режимом работ (№49)

Номинальный ток установки:

I_н = 2•10=20,3 А.

Предварительно выбираем провод АПРТО сечением 4 мм² с длительно допустимым током 21 А(19.СТР 98).

Выбираем предохранитель типа ПН2-100, номинальный ток плавкой вставки 50А, пользуясь таблицей В4 Приложения В учебно-методического пособия к курсовому проекту.

Проверяем его по двум условиям:

I_пл.вс?I_{доп.пров.}=21А

I_пл.вс?

Условия выполняются.

Выберем диаметр трубы. Так как внешний диаметр выбранного провода равен 10,6 мм, то выберем трубу диаметром 16 мм.

2) Для печи сопротивления (№59)

I_н =38,4 А.

Предварительно выбираем провод АПРТО сечением 16 мм² с длительно допустимым током 55 А(19.СТР 98).

Выбираем предохранитель типа НПН2-60, номинальный ток плавкой вставки 63А, пользуясь таблицей В4 Приложения В учебно-методического пособия к курсовому проекту.

Проверяем его по двум условиям:

I_пл.вс?I_{доп.пров.}=55 А

I_пл.вс?

Условия выполняются.

Выберем диаметр трубы. Так как внешний диаметр выбранного провода равен 18,9 мм, то выберем трубу диаметром 25 мм.

3) Для сварочного трансформатора (№41 )

Номинальный ток установки:

I_н ==92,8 А.

Предварительно выбираем провод АПРТО сечением 50 мм² с длительно допустимым током 105 А(19.СТР 98).

Так как сечение выбранного провода равно 50 мм^2,то

I_расч == 96,75 А.

Выбираем провод АПРТО сечением 50 мм² с длительно допустимым током 105 А(19.СТР 98).

Выбираем предохранитель типа ПН2-250, номинальный ток плавкой вставки 200А, пользуясь таблицей В4 Приложения В учебно-методического пособия к курсовому проекту.

Проверяем его по двум условиям:

I_пл.вс?I_{доп.пров.}=105 А

I_пл.вс?

Условия выполняются.

Выберем диаметр трубы. Так как внешний диаметр выбранного провода равен 25 мм, то выберем трубу диаметром 32 мм.

Аналогично проводим расчеты для остального оборудования цеха.

Результаты расчетов сводим в таблицу 7.1.

7.2 Расчет распределительных шинопроводов

Выбор шинопроводов производим, исходя из условия:

I_{ном шра} ? I_расч,

где I_расч - расчетный ток нагрузки.

Расчет распределительного шинопровода представлен в таблице 7.2.

Расчетный ток нагрузки для ШРА 1 составляет I_расч = 142,25 А.

По данному расчетному току выбираем распределительный шинопровод с номинальным током 250 А, пользуясь таблицей В8 Приложения В учебно-методического пособия к курсовому проекту.

Выберем автоматический выключатель для ШРА №1. Для этой линии выбираем автоматический выключатель типа АВМ 4С со следующими параметрами: I_н = 250 А, I_{н.кат.макс}.=250 А.



7.3 Расчет и выбор силовых распределительных шкафов

Для распределения электрической энергии в цехе применим силовые пункты (шкафы) типа ШР11.

Места установки и количество присоединенных электроприемников указаны на рисунке 2.

Распределительные шкафы типа ШР-11 комплектуются плавкими предохранителями ПН2 и НПН2.

Токи плавктх вставок предохранителей указаны в таблице 7.1.

Выбор распределительных шкафов и шинопроводов приведен в таблице 7.2.

7.4 Расчет питающей сети

Сечения проводников, питающих группы электроприемников, выбираем по длительно - допустимому току

I_расч?I_{дл.доп..}

где I_дл.доп - длительно - допустимый ток по нагреву для проводника данного сечения, определяемый по таблицам в зависимости от конструкции и условий прокладки

I_расч - расчетный ток, рассчитанный в таблице 7.2.

Для питающей сети будем выбирать кабели типа АВВГ- кабель с алюминиевыми жилами с поливинилхлоридной изоляцией с поливинилхлоридной оболочкой без защитного покрова. Кабели будем прокладывать в трубах.

1) Путь питающей сети КТП - ШРА 1

=142,25 А.

Выбираем кабель АВВГ 4х150 мм² с I_дл.доп= 235 А.

D трубы = 50 мм.(Труба: ПВХ- гладкая).

2) Путь питающей сети КТП - СП 2

= 48,1 А.

Выбираем кабель АВВГ 4х25 мм²

I_дл.доп= 70 А.

D трубы = 32 мм. (Труба: ПВХ- гладкая).

Результаты расчета питающей сети приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.3

Расчет питающей сети и выбор проводов

Путь питающей сети		Тип кабеля	Сечение жил кабеля, мм2	Iдл.топ.	D кабеля, мм (наружный)	D трубы, мм (внутренний)
КТП-ШРА№1	142,25	АВВГ	150	235	44,6	45,6
КТП-СП 1	65,11	АВВГ	25	70	23,0	28,4
КТП-СП 2	48,1	АВВГ	16	55	20,0	22,0
КТП-СП 3	73,39	АВВГ	35	85	21,5	22,0
КТП-СП 4	20,21	АВВГ	6	30	14,8	17,0
КТП-СП 5	66,39	АВВГ	25	70	23,0	28,4
КТП-СП 6	41,71	АВВГ	16	55	20,0	22,0
КТП-СП 7	34,77	АВВГ	10	39	16,8	17,0
КТП-СП 8	32,98	АВВГ	10	39	16,8	17,0
КТП-СП 9	91,074	АВВГ	35	85	21,5	22,0



7.5 Расчет крановых троллеев

Мостовые краны и кран - балки должны иметь 3 двигателя (подъема, передвижения моста, передвижения тележки ). Разбиваем, суммарную мощность крана кВт и получаем 4,95 +4,95+ 1,1 - (кран № 42).

Определим пиковый ток мостового крана по формуле:

I_пик= I_пик.max+(I_p- k_иI_{ном.мах})

Определим номинальный ток одного из наиболее мощных двигателей мостового крана:

I_{ном. мах}=== 9,4 А.

Пиковый ток одного из наиболее мощных двигателей равен

I_пик.max= k_иI_{ном.мах}=3•9,4 =28,2 А

k_и=3 для АД с фазным ротором

Расчётный ток двигателей равен:

I_р==

Пиковый ток крана:

I_пик= I_пик.max+(I_p- k_иI_{ном.мах})=28,2+(20,9 - 0,5•9,4)= 44,4 А

По пиковому току выбираем в качестве крановой троллеи угловую сталь размером 40х40х4 мм. со следующими данными I_пик =65 А, коэффициент для определения потерь напряжения в крановой троллее k =0,06, (таблицей В10 Приложения В учебно методического пособие к курсовому проекту).

Для того, чтобы окончательно принять к установке данную крановую троллею необходимо проверить на падение напряжения всю цепочку от цеховой трансформаторной подстанции до двигателя крана.

Проверку троллеев производим по формуле:

U, %= U₁+U₂+U₃ ? 15 %,

где U₁ - падение напряжения в кабеле от КТП до ШРА №1.

U₂ - падение напряжения в ответвлениях к троллеям,;

U₃ - падение напряжения в троллейной линии.

Рассчитаем потерю напряжения на участке КТП - ШРА №1.

Потеря напряжения в процентах на любом участке сети определяется по формуле

U, %=100%.

где r₀, x₀ - активное и индуктивное сопротивления 1 км линии;

l - длина линии, км;

I_пик - пиковый ток на данном участке линии.

Расчетный ток на данном участке равен I_р= 216,98 А( см.таблица 7.2.),

I_пик для этого участка: I_пик = kI_р = 3•216,98=426,75 А,

Длинна участка l=0,004 км; погонное сопротивление кабеля АВВГ 4Ч150; r₀= 0,206 Ом/км; х₀ =0,078 Ом/км;

;

.

Потеря напряжения в кабеле:

U₁ == 0,238 %

Падение напряжения в ответвлениях к троллеямU₂ 0, так как проводник незначительной длины..

Падение напряжения в крановой троллее, где :

U₃ =k0,06 •0,064•44,4= 0,17%

Итого потеря напряжения в линии до кранового двигателя (№ 42)составит:

U, %= 0,238 +0+0,17 = 0,408 , что соответствует норме.

В качестве троллеи берем угловую сталь 40х40х4 мм.

Аналогично производится расчет для остальных кранов.

7.6 Расчет сети заземления (петли «фазный -нулевой провод ») и проверка действия защиты от замыкания на землю

Широкое применение напряжения 380 В с заземленной нейтралью трансформатора в сочетании с надежной защитой обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка и повышает безопасность обслуживания электроустановок.

Гарантией безопасности обслуживания является надежная работа защиты при однофазных замыканиях на землю.

Согласно ПУЭ для обеспечения нормативного времени отключения повреждённой цепи защитно-коммутационным аппаратом проверяем как согласованы характеристики защитных аппаратов и параметры защитных проводников.При определении однофазного тока короткого замыкания выбирается наиболее удалённая точка цеховой сети- станок с нормальным режимом работы № 1, Р_н=3,5 кВт. Схема его присоединения к КТП представлена на рис 7.6.1.

Рисунок 7.6.1 Схема питания электроприемника № 29

Однофазный ток короткого замыкания:

I_кз. =

где =380 В - напряжение сети ВН трансформатора.

Для определения тока однофазного короткого замыкания необходимо найти сопротивления прямой и нулевой последовательностей (сопротивление обратной последовательности равно сопротивлению прямой) всех элементов указанной цепи. Для этого изобразим её схему замещения рис. 7.6.2.

Рисунок 7.6.2 Схема замещения цепи электроснабжения приёмника №29

Сопротивление масляного трансформатора мощностью 400 кВА (5,с 137)

= 5,9 мОм;= 17 мОм-сопротивление прямой последовательности;

= 5,9 мОм;= 17 мОм -сопротивление нулевой последовательности

Сопротивление кабеля АВВГ 4х2,0 ммІ:

мОм/м; -

погонное сопротивление прямой последовательности;

Длинна кабеля: l=125м.

= •l =1,25•125=156,25 мОм;

=0,091•125=11,357 мОм.

Сопротивление нулевой последовательности кабеля определяем по приближенной формуле:

=3•=34,125 мОм;

Сопротивление провода АПРТО 3Ч2 мм²;

Сопротивление провода примем равным нулю так как его длина меньше 10м.

Суммарное активное сопротивление прямой последовательности:

== 0,0059+0,1562 = 0,1621 Ом.

Суммарное реактивное сопротивление прямой последовательности

== 0,017+0,01137 =0,0283 Ом.

Суммарное активное сопротивление нулевой последовательности

== 0,0059+0,165= 0,4718Ом.

Суммарное реактивное сопротивление нулевой последовательности

== 0,017+0,0341 = 0,0511 Ом.

Однофазный ток короткого замыкания:

I_кз =

Согласно с времятоковой характеристикой срабатывание предохранителя НПН2-60, с номинальным током плавкой вставки 16 А, время срабатывания предохранителя значительно меньше 0,2с. Следовательно требования ПУЭ к заземлению выполнено.



8. Выбор цеховой КТП

В термомеханическом выбираем комплектную трансформаторную подстанцию внутренней установки с КТП - 400/6 - 10 с трансформатором ТМФ -400/6 - 10, заполненным маслом, с вводным шкафом на напряжение 6 - 10 кВ и рядом шкафов с аппаратурой напряжением 380/220 В. На КТП имеется конденсаторная установка УК3 - 0.4 - 180 УЗ. КТП ограждена металлической сеткой.

Размеры КТП - 3080Ч6430 мм, h=2275 мм.



9. Технико-экономические показатели проекта

1) установленная мощность электроприемников на напряжении 0.4 кВ;

-электродвигатели станков, кранов, вентиляторов:

Р_н= 309,91 кВт;

- печи сопротивления - Р_н= 99,88 кВт;

-сварочные трансформаторы - Р_н= 189,93 кВт;

-электрическое освещение - Р_н= 54,95 кВт.

2) активная расчетная мощность на напряжении 0.4 кВ. Р_м=249,37 кВт;

3)мощность силового трансформатора S_н=400 кВА;

4) потери реактивной и активной мощности и энергии в трансформаторах цеха

-активные:

P_т=4,21 кВт; W_т =16028,6 кВт•ч;

-реактивные

Q_т=19,87 квар, V_т=76820,8 квар•ч;

5) мощность конденсаторных батарей Q_к=180 квар;

6) приведенные затраты на установку конденсаторных батарей до 1000 В.

З₁=54668 руб.

7) приведенные затраты на установку конденсаторных батарей выше 1000 В.

З₂ =71300,8руб.,

8) годовой расход электроэнергии по цеху

Wг=0,666 • кВт•ч.

9) стоимость одного кВт•ч активной электроэнергии по двуставочному тарифу

c=б= 206.2• + 3.08 = 4,006 руб.

10) стоимость годовых потерь при установке конденсаторных батарей до 1000 В.

З₃=4,006•54668 =219000 руб

11) стоимость годовых потерь при установке конденсаторных батарей выше 1000 В

З₃=4,006 •71300= 285627 руб



10. Разработка мероприятий по снижению потерь электроэнергии в цеху

Использование новых технологий и приборов для эффективной экономии электроэнергии - является средством достижения цели поставленного вопроса. Далее по пунктам будут представлены различные примеры и предложения для решения вопроса.



11. Компенсация реактивной мощности

Режим реактивной мощности существенным образом сказывается на потерях в распределительных электросетях предприятия, поскольку нагрузочные потери определяются квадратом полного тока, включающего реактивную составляющую.

В отсутствие финансовых и юридических санкций за отклонение от нормативных величин в настоящее время (а эта ситуация может измениться), основным стимулом для приведения сos ц к нормативному уровню должно явиться снижение технологических потерь при передаче электроэнергии электросетям предприятия и возможность уменьшения присоединённой полной мощности электрооборудования.

11.1 Компенсация реактивной мощности на напряжение 0,4 кВ

Средняя мощность трубного цеха с учетом компенсации:

S_тр== =223,903кВА.

Коэффициент загрузки

К_з===0,56.

Рассчитаем потери активной мощности в трансформаторах цеха по формуле:

ДР_m = n•Р_хх + (К_з)² •n •Р_кз,

где Р_хх- потери холостого хода, кВт;

Р_кз- потери короткого замыкания, кВт;

К_з -коэффициент загрузки трансформатора;

n - число трансформаторов.

ДР_m =0,95 + (0,56)² •5,5=2,67 кВт.

Рассчитаем потери активной энергии в трансформаторах цеха по формуле:

ДW = n •Р_хх •Т_в + (К_З)² •n •Р_кз • ф,

где Т_в -годовое число часов работы оборудования; Т_в=4000 час.

ф =3750 часов (время максимальных потерь);

ДW =0,95•4000 + (0,56)² •5,5• 3750 =10268 кВт /ч,

Определим ежегодные издержки:

C_Дw

где а - стоимость 1кВт мощности нагрузки: 206,2 руб./кВт;

b - стоимость 1 кВт*час потребляемой активной энергии: кон руб./кВт•час

C_Дw =206,2 •2,67+3,08•10268=32180 руб.

Определяем капитальные вложения в конденсаторные батареи и трансформаторы:

К =К_кб + К_тр = С_0.4 + К_тр,

где Q_к -суммарная компенсируемая реактивная мощность, Q_к=180 кВАр;

С_0.4- стоимость 100 кВАр реактивной энергии,вырабатываемой на напряжении 0.4 кВ, С_0.4 =20.8 тыс. руб;

К_тр - общая стоимость трансформаторов,

К_тр =150 тыс. руб,

К= = 187,4тыс. руб,

Приведенные затраты:

З₁=Е_з•К+ C_Дw

Где Е_з=0,12-суммарный коэффициент отчислений от капитальных вложений.

З₁ =0,12•187400+32180=54668 руб.

11.2 Компенсация реактивной мощности на напряжении 10 кВ

Коэффициент загрузки трансформатора

К_з= ==0,76

Рассчитаем потери активной мощности в трансформаторе цеха:

ДР_т = n•Р_хх + (К_з)² •n •Р_кз = 0,95 + (0,76)² =4,13 кВт.

Рассчитаем потери активной энергии в трансформаторе цеха:

ДW = n •Р_хх •Т_в + (К_З)² •n •Р_кз • ф =

=0,95 •4000 + (0,76)² •5,5• 3750 =15710 кВт ч,

С_?W =

= 206.2•4,13+3.08•15710 =49240 руб.;

Определим капитальные вложения в конденсаторные батареи и трансформаторы:

К= •С₁₀ + К_тр = =183,84 тыс. руб.;

Где: С₁₀=18,8 тыс.руб. -стоимость 100 квар реактивной энергии, вырабатываемой на напряжение 10 кВ,

К_ТР = 150 тыс. руб.;

Приведенные затраты:

З₂ = Е_з•К+ C_Дw

З₂ = 0,12•183840 + 49240= 71300,8 руб.,

Сравним:

З₁ =54668 руб. < З₂ =71300,8 руб.

Из сравнения вариантов видно, что затраты в первом варианте меньше, чем во втором, поэтому компенсацию реактивной мощности осуществляем на напряжении 0.4 кВ.

12. Потери в кабелях и линиях

Рассчитаем сопротивление в кабелях в линиях соединяющих КТП с СП и ШРА с помощью формул:

R = ;

где, - удельное сопротивление материала;

l - длина кабеля,м;

s - площадь поперечного сечения,м;

Удельное сопротивление алюминия - 0,028 Ом •м/м.

Потери активной мощности:

?Р = 3;

где, I - расчётный ток, А;

R - сопротивление кабеля, Ом.

В нижеприведённых таблицах приведены расчёты согласно вышеуказанному алгоритму.

Таблица 12.1

Расчёт потерь в кабелях, линиях и трансформаторе

	?Р,кВт	?Р,%
КТП-ШРА	0,0487
КТП-СП1	0,369
КТП-СП2	0,114
КТП-СП3	0,349
КТП-СП4	0,17
КТП-СП5	0,793
КТП-СП6	0,34
	?Р,кВт	?Р,%
КТП-СП7	0,203
КТП-СП8	0,191
КТП-СП9	0,858
ВСЕГО	3,436	34,54
№ приёмника
Пр.1	0,00185
Пр.2	0,00082
Пр.3	0,00295
Пр.4	0,05
Пр.5	0,0594
Пр.6	0,0358
Пр.7	0,053
Пр.8	0,015
Пр.9	0,0131
Пр.10	0,0133
Пр.11	0,00419
Пр.12	0,0312
Пр.13	0,00158
Пр.14	0,0203
Пр.15	0,0115
Пр.16	0,0208
Пр.17	0,00483
Пр.18	0,205
Пр.19	0,101
Пр.20	0,0797
Пр.21	0,065
Пр.22	0,0483
Пр.23	0,0498
	?Р,кВт	?Р,%
Пр.24	0,0284
Пр.25	0,0296
Пр.26	0,015
Пр.27	0,0213
Пр.28	0,038
Пр.29	0,017
Пр.30	0,00483
Пр.31	0,00457
Пр.32	0,0209
Пр.33	0,0128
Пр.34	0,00178
Пр.35	0,0559
Пр.36	0,0236
Пр.37	0,11
Пр.38	0,0227
Пр.39	0,0347
Пр.40	0,0419
Пр.41	0,039
Пр.42	0,0195
Пр.43	0,0281
Пр.44	0,0347
Пр.45	0,0483
Пр.46	0,00753
Пр.47	0,0166
Пр.48	0,0206
Пр.49	0,0242
Пр.50	0,0167
Пр.51	0,0555
	?Р,кВт	?Р,%
Пр.52	0,0149
Пр.53	0,181
Пр.54	0,00406
Пр.55	0,0271
Пр.56	0,05
Пр.57	0,0671
Пр.58	0,108
Пр.59	0,0531
Пр.60	0,0513
Пр.61	0,0498
Пр.62	0,00643
Пр.63	0,00296
Пр.64	0,0283
Пр.65	0,00457
Пр.66	0,014
	2,303	23,15
Трансформатор	4,21	42,31
Сумма всех потерь	9,949	100

Диаграмма 12.2 Соотношение потерь мощности в кабелях, линиях и трансформаторе.



13. Экономия электроэнергии в местах контактных соединений в электроустановках

13.1 Экономия электроэнергии за счет устранения дефектов контактных соединений в электроустановках

Контактные соединения шин, электрических аппаратов, кабелей являются их неотъемлемыми и весьма ответственными частями. В месте плохого контакта выделяется большое количество теплоты, которое приводит к нагреву и даже расплавлению металла соприкасающихся поверхностей. Электрический ток в цепи нагревает проводники и контакты. Количество теплоты, выделяющееся в контактном соединении, пропорционально квадрату тока и значению переходного сопротивления. Чем больше выделяется теплоты, тем выше температура контакта, тем больше энергии теряется при ее передаче. Поэтому все контакты, в том числе и хорошо выполненные, требуют постоянного наблюдения и ухода.

Для устранения дополнительных потерь электроэнергии на переходных сопротивлениях контактных соединений рекомендуется провести ревизию контактных соединений путём проведения тепловизионного обследования во всех электроустановках и устранить недостатки, приводящие к дополнительному нагреву токоведущих и нетоковедущих частей.

Необходимо дифференцировать состояние контактных соединений по степени дефекта и на основании этого определить срок его устранения.

Экономия электроэнергии по сравнению с базовым вариантом может составить до 3% от технических потерь.



13.2 Снижение потерь электроэнергии за счёт внедрения электропроводящей смазки для контактов

В условиях реальной эксплуатации через 1,0-1,5 года после сборки у большинства алюминиевых контактов, в результате окисления и «выдавливания», наблюдается 3-5 кратный рост значения переходного электрического сопротивления (ПЭС), что приводит к повышенному нагреву и увеличению потерь электроэнергии.

Рекомендуется для уменьшения потерь в сети произвести обработку алюминиевых контактов соединений подстанций и контактных соединений внутриплощадочных сетей.

Смазка позволяет увеличить эффективную площадь контакта в 5-10 раз. Она содержит медный порошок и активное антикоррозионное связующее, которое является нетоксичным, взрыво,- и пожаробезопасным, обеспечивает многоступенчатую антикоррозионную защиту при различных рабочих температурах.

При сборке контактов медный порошок смазки заполняет все микро- и макро неровности контактной поверхности и спрессовывается в сплошную губчатую токопроводящую прокладку. Избыток смазки вытесняется на периферию, создавая дополнительную гидро - и кислотоупорную защиту рабочей зоны контакта.

Электропроводящие смазки

Назначение электропроводящей смазки ЭПС 98 (ЭПС-90, ЭПС-150,), ЭПС-98ВТ (ЭПС-250)

Электропроводящая смазка ЭПС предназначена для снижения и стабилизации электрического сопротивления разборных контактных соединений из однородных и разнородных металлов с требованиями ГОСТ 10434-82. Смазка ЭПС эффективно проводит ток только в сжатом состоянии.

При использовании в электрических соединениях электропроводящая смазка ЭПС:

- Снижает сопротивление между контактными поверхностями

- Стабилизирует контактное сопротивление на длительный срок до 10 лет.

- Защищает болтовое соединение и токоведущие элементы от коррозийного воздействия окружающей среды

- Уменьшает искрение в подвижных системах

- Препятствует износу и выгоранию подвижных контактов и токосъёмников

От правильности подбора электропроводящей смазки зависит качество работы электрических соединений.

ЭПС-98, ЭПС-150, ЭПС-98ВТ, ЭПС-250 - предназначены для подвижных контактов.

ЭПС-90 - для подвижных элементов

ЭПС-СК - для скользящих элементов

Область применения электропроводящей смазки ЭПС-98 (ЭПС-90, ЭПС-150), ЭПС-98ВТ (ЭПС-250)

Электропроводная смазка серии ЭПС предназначена для использования в любых болтовых контактных соединениях силовых сетей, трансформаторных подстанций, в распределительном и щитовом оборудовании. Смазка также может использоваться для защиты болтовых соединений и токоведущих элементов от коррозийного воздействия окружающей среды: в зоне агрессивных промышленных выделений, в условиях повышенной влажности и влажного морского тропического климата. Электропроводная смазка применяется на таких контактных поверхностях как медь - медь, алюминий - алюминий, медь - алюминий, медь - железо. Смазка легко наносится, пластична.

Технические характеристики смазок серии ЭПС

Внешний вид

Пастообразное вещество оттенков красно-коричневого ЭПС-98 (ЭПС-150), ЭПС-98ВТ (ЭПС-250) и чёрного цветов (для ЭПС-90).

Температурные режимы использования смазки ЭПС:

ЭПС-90: минимум (-60) °С

максимум 90 °С

ЭПС-98 (ЭПС-150): минимум (-60) °С

максимум 150 °C

ЭПС-250 (ЭПС-98ВТ): минимум (-60) °С

максимум 250 °С

Расход смазки: 150 - 300 г/м 2.

Фасовка: пластиковые ёмкости по 1,3 кг

Срок хранения смазки в плотно закрытой таре 2 года.

Способ применения электропроводящей смазки ЭПС

1. Перед нанесением смазки на контактные поверхности последние надо предварительно зачистить металлической щёткой. Абразивную пыль удалить сухой ветошью.

2. На одну из контактных поверхностей шпателем нанести тонкий слой антикоррозийной электропроводящей смазки толщиной не более 1 мм.

3. Сборку контакта провести по ГОСТ 10434-82 или монтажным инструкциям.

4. Излишки смазки, вытесненные на периферию контакта, собрать и поместить в банку со смазкой.

5. После применения смазки банку плотно закрыть. Хранить в прохладном месте.

Примечание:

При ремонте контакта остатки смазки удалить органическим растворителем, затем произвести зачистку, как указано в п.1.

Требования к безопасности при работе со смазками серии ЭПС

Электропроводная смазка ЭПС не пожароопасна, не оказывает общетоксического и раздражающего действия на организм человека. Работу со смазкой рекомендуется выполнять в перчатках. В случае попадания на кожу, промыть водой с мылом или другими моющими средствами.

14. Снижение затрат на электроэнергию за счет внедрение современных сварочных аппаратов взамен морально устаревших и энергетически затратных

Значительное количество потерь энергии происходит в энергосистемах и в промышленности по причине износа оборудования. Использование оборудования выработавшего свой ресурс снижает надежность системы электроснабжения, требует дополнительных средств на ремонт и эксплуатацию. Энергетические характеристики оборудования, выпущенного более 10 лет назад часто на 20%-30% ниже, чем у современного оборудования. Поэтому, проводя модернизацию, необходимо стремиться устанавливать наиболее современное оборудование для снижения эксплуатационных затрат.

Предлагается заменить морально устаревшие и энергозатратные сварочные аппараты на современные сварочные инверторы с микропроцессорными схемами управления. Тем самым снизятся потери в питающих линиях и силовых трансформаторах за счет уменьшения потерь от протекания реактивных токов. Это объясняется более высоким коэффициентом мощности сварочных инверторов.

Сварочный инвертор выполняет основные функции:

* Две сварочные функции TIG (Tungsten Insert Gas-ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа) и MMA (Manual Metal Arc -ручная дуговая сварка штучными электродами с покрытием) в одном аппарате;

* Бесконтактное высокочастотное возбуждение дуги делает процесс сварки очень легким;

* Цифровой дисплей;

* Функция форсирования дуги;

* Используется для сварки изделий из стали, меди, титана и их сплавов;

* Регулируемая функция продувка газом после сварки от 0-10 секунд;

* Регулируемая функция спад тока от 0-5 секунд; * Автоматическая защита от перегрузок по току и напряжению;

* Высокая надежность в работе, удобство в эксплуатации и сервисном обслуживании.

Дополнительный эффект от мероприятия, не поддающийся прямому расчету, состоит в повышении качества сварного шва и, соответственно, изделия в целом. Данный эффект достигается за счет высокой стабильности горения дуги. Также, в случае изменения режима сварки, функция предустановки величины сварочного тока с индикацией на цифровом дисплее позволяет сократить время настройки аппарата. Это ведёт к увеличению производительности труда электросварщика, а также дополнительной экономии электроэнергии из-за отсутствия необходимости выполнения пробных сварочных швов при перенастройке (достаточно составить однократно таблицу сварочных токов для различных режимов сварки и в последствие пользоваться этими значениями).

Экономия электроэнергии по сравнению с базовым вариантом может составить до 25%.

Сравнение характеристик:

Инверторная сварочная установка BRIMA TIG 315P AC/DC

Серия новых аппаратов TIG AC/DC предназначена для аргонно-дуговой сварки нержавеющей, легированной, углеродистой стали и других цветных металлов в режиме постоянного тока, а в режиме переменного тока - для сварки алюминия и его сплавов. При аргонодуговой сварке дуга горит между свариваемым изделием и неплавящимся (вольфрамовым) электродом, который необходим только для возбуждения и поддержания дуги. Температура катодного пятна столба дуги (температура на кончике электрода) достигает 2000°С; Температура плавления вольфрама 3400°С, что приблизительно в 2 раза больше, чем у основной группы свариваемых материалов. Поэтому вольфрам, в отличие от других электродных материалов во время сварки не плавится и в формировании металла шва участия не принимает. Разработка и использование в установках улучшенной инверторной технологии обеспечивает работу оборудования при частоте 100 КГц, это, в свою очередь, позволяет уменьшить объем и вес основных деталей (трансформаторов). Использование технологии PWM (Импульсная Модуляция Расстояния) обеспечивает стабильный сварочный ток и более точную регулировку тока.

Отличительные функции аргоно-дуговой установки.

· Поддержка дуги высокочастотной вибрацией.

· Цифровой дисплей, функция переключения 2Т/4Т.

· Постоянный/переменный ток, режим импульса, доступен режим TIG и MMA.

· Регулировка тока может производиться с пульта управления (ножной педалью).

· Стабильная дуга, мягкое управление.

· Возможность сварки углеродистой и нержавеющей стали, медных и других цветных металлов в режиме DC TIG(дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа в режиме постоянного тока), и сварки алюминия и его сплавов в режиме AC TIG(дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного защитного газа в режиме переменного тока).

· Регулируемая частота импульса подходит для многих сварочных требований.

· Малые габариты и вес, низкий уровень шума

Таблица 14.1

Характеристики инверторной сварочной установки BRIMA TIG 315P AC/DC

Напряжение в сети	3*380 В
КПД	85%
Потребляемая мощность	8,9 кВа
Диапазон сварочного тока	20-315А
Период нагрузки	60%
Максимальная толщина свариваемой стали	15 мм
Напряжение холостого хода	54 В
Габариты	560х365х355
Масса	37кг

Трансформатор сварочный ТДМ-317У2

Трансформатор предназначен для питания одного сварочного поста однофазным переменным током частотой 50 Гц при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов.

Таблица 14.2

Характеристики сварочного трансформатора ТДМ-317У2

Напряжение в сети	220/380
КПД	30 %
Диапазон сварочного тока	60-360 В
ПН	60%
Масса	130 кг
Номинальный сварочный ток	315 А
Номинальное рабочее напряжение	33 В
Номинальная полезная мощность	10,4 кВт

При сравнении мы видим, что КПД новой инверторной сварочной установки более чем в 2,5 раза превышает КПД установленного сварочного трансформатора(85% >30%), также доступны новые функции и возможности, указанные выше, что ещё более подтверждает целесообразность замены установок.



15. Замена вентиляторов на более экономичные, с энергоэффективными двигателями

Замена старых вентиляторов, исчерпавших назначенный срок службы, на новые, имеющие лучшие значения КПД, позволит сократить расход электроэнергии, а замена вентиляторов с избыточной номинальной производительностью на вентиляторы меньшей производительности - снизить установленную мощность вентиляционной системы и улучшить энергетические показатели двигателей вентиляторов (КПД, коэффициент мощности).

Сопоставление аэродинамических характеристик новых вентиляторов, например серии ВР со старыми серии Ц указывает на то, что КПД в рабочей зоне характеристик для современного вентилятора изменяется в диапазоне от 74% до 82%, а для старого - от 55% до 64%. Разница КПД, определяющая удельный показатель потребления электроэнергии вентилятором, обусловлена улучшением конструкции, в т. ч. формы лопастей, и использованием более лёгких конструкционных материалов. По соотношению КПД, потребление электроэнергии...