Введение

Электрическая энергиядолгое время была лишь объектомэкспериментови не имела практического применения. Первые попытки полезного использованияэлектричествабыли предприняты во второй половинеXIX века, основными направлениями использования были недавно изобретённыйтелеграф,гальванотехника,военная техника(например были попытки созданиясудовисамоходных машинсэлектрическими двигателями; разрабатывалисьминыс электрическимвзрывателем). Источниками электричества поначалу служилигальванические элементы. Существенным прорывом в массовом распространении электроэнергии стало изобретение электромашинных источников электрической энергии —генераторов. По сравнению с гальваническими элементами, генераторы обладали большей мощностью и ресурсом полезного использования, были существенно дешевле и позволяли произвольно задавать параметры вырабатываемого тока. Именно с появлением генераторов стали появляться первые электрические станции и сети (до того источники энергии были непосредственно в местах её потребления) — электроэнергетика становилась отдельной отрасльюпромышленности. Первой в историилинией электропередачи(в современном понимании) стала линияЛауфен—Франкфурт, заработавшая в1891 году. Протяжённость линии составляла 170км, напряжение 28.3кВ, передаваемая мощность 220кВт. В то время электрическая энергия использовалась в основном для освещения в крупныхгородах. Электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже. С усовершенствованием электротехнического оборудования и увеличениемКПДгенераторов, стоимость электрической энергии снижалась, и в конце концов электрическое освещение полностью вытеснило газовое. Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники,насосыи электродвигатели. Важным этапом стало изобретение электрическоготрамвая: трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностейэлектрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.

Начало XX векабыло отмечено так называемой«войной токов»— противостоянием промышленных производителейпостоянногоипеременноготоков. Постоянный и переменный ток имели как достоинства, так и недостатки в использовании. Решающим фактором стала возможность передачи на большие расстояния — передача переменного тока реализовывалась проще и дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время переменный ток используется почти повсеместно. Тем не менее, в настоящее время имеются перспективы широкого использования постоянного тока для дальней передачи большой мощности.

1. Анализ задания

По заданию курсового проекта необходимо спроектировать схему электроснабжения электрооборудования учебных мастерских.

Учебные мастерские не предназначены для серийного выпуска продукции, они предназначены для практической подготовки обучаемых и выполнения несложных заказов силами учащихся.

В учебных мастерских предусматривается наличие производственных, учебных, служебных и бытовых помещений. Учебно-подготовительный процесс односменный, то есть пик нагрузок приходится на начало и конец рабочего дня.

Коэффициент мощности электрооборудования мастерских низок (порядка 0.5), кроме того в наличии имеются достаточно мощные однофазные электроприемники с низким коэффициентом мощности (сварочные агрегаты). Другими словами цех потребляет достаточно большое количество реактивной энергии, поэтому возможно понадобится установка компенсирующих устройств – батарей конденсаторов.

Род потребляемого тока – переменный, с питанием от ТП расположенной на расстоянии 50 метров от здания.

Большинство электроприемников питается от 3-х фазного напряжения 220В.

Помещение где расположено оборудование соответствует классу - помещение с нормальной окружающей средой. Помещение является пожаро-, электро- и взрывобезопасным.

2. Выбор схемы цеховой распределительной сети

Данное помещение относится к 2-3 категории надежности электроснабжения. Поэтому возможно применение одного трансформатора для питания электрооборудования мастерской.

Электроприемники II категории – электроприемники, перерыв электроснабженья которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники III категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий. Это приемники вспомогательных цехов, несерийного производства продукции и т.п.

Распределение оборудования равномерное и стационарное, количество электроприемников более 10.

Все электрооборудование будет снабжаться электроэнергией от 5 РП.

Потребители РП-1: деревообрабатывающие станки (1-3), заточные станки (4-7), сверлильные станки (8-11). Потребители будут снабжаться электричеством по радиальной схеме. Выбор этой схемы обусловлен близостью нахождения РП от потребителей электроэнергии. Кроме этого данная схема подключения более надежна, чем магистральная.

Потребители РП-2: сварочные агрегаты (14-17). Данный потребитель электроэнергии представляют собой однофазную нагрузку, поэтому можно их объединить в одну группу. Так как режим работы данной группы повторног-кратковременный с периодом включения 0.6, каждый отдельный потребитель группы следует питать отдельным проводом, т.е. по радиальной схеме, для уменьшения влияния их друг на друга.

Потребители РП-3: вентилятор вытяжной (12), вентилятор приточный (13). Будут снабжаться электричеством по радиальной схеме, так как количество электроприемников небольшое, а также данные электроприемники относятся ко 2 категории надежности обеспечения электроснабжения.

Потребители РП-4: токарные станки (18-21), круглошлифовальные (22-25), фрезерные станки (26-28). Схема электроснабжения потребителей – радиальная. Так как станки расположены близко друг к другу и неравномерно, из-за этого применение магистральной схемы в данном случае невыгодно.

Потребители РП-5: болтонарезные станки (29-33), резьбонарезные (34-38). Схема электроснабжения - радиальная. Так как количество станков невелико (менее 10), и потребители расположены близко друг к другу и неравномерно.

Все РП будут подсоединены к общей щитовой по радиальной схеме.

3. Расчет электрических нагрузок мастерской

При определении расчетных нагрузок предприятия в основном пользуются методом коэффициента использования.

Метод применяется в тех случаях, когда известны номинальные данные всех электропотребителей предприятия и их расположение на плане цеха. Сначала установленное электрооборудование разбивается на группы. Эти группы могут быть выделены по функциональному или территориальному признаку. На практике каждая группа определяется по подключению к промежуточным распределительным пунктам.

Для расчета нагрузок разделим все электропотребители учебного цеха на 4 группы, каждая из которых питается от своего распределительного пункта (РП), которые в свою очередь питаются от щитовой.

Порядок расчета:

- для каждого оборудования произведем перерасчет номинальной мощности в установленную мощность продолжительности включения 100%:

;

_{- установленная активная мощность:}

;

_{где n – число элементов одного наименования электрооборудования;}

_{- установленная реактивная мощность:}

;

_{- определяем коэффициент использования и мощности для каждой единицы оборудования ([2] стр. 52 табл. 2.11);}

_{- определяем групповой коэффициент использования для каждой группы оборудования:}

;

- определяем эффективное число электроприемников:

;

- определяем коэффициент максимума:

;

- определяем коэффициент максимума реактивной нагрузки:

;

_{- определяем среднюю активную мощность:}

;

_{- определяем среднюю реактивную мощность:}

;

- определяем расчетную активную нагрузку:

;

_{- определяем расчетную реактивную нагрузку:}

;

_{- определяем максимальную активную нагрузку}

;

_{- определяем максимальную реактивную нагрузку:}

;

4. Компенсация реактивной мощности

Следует компенсировать 80% реактивной мощности предприятия

4.1. Определяем приблизительную мощность конденсаторных батарей

;

;

4.2. Устанавливаем компенсатор реактивной мощности регулируемые КРМ-0,4-50-4-К-У3 [http://www.ruselt.ru] (установка конденсаторная с номинальным напряжением 380 В, и номинальной мощностью 50 кВАр)

4.3 Определяем нескомпенсированную реактивную мощность

;

где - количество установленных батарей конденсаторов

- мощность одной установленной конденсаторной батареи, кВАр

;

4.4 Определяем полную мощность предприятия после установки батарей конденсаторов

;

;

4.5 Определяем коэффициент мощности после установки батарей конденсаторов

;

;

В результате установки батарей конденсаторов:

• Уменьшилась полная мощность предприятия, т.е. уменьшатся потери на нагрев, и увеличится пропускная способность системы электроснабжения.

• увеличился с 0.705 до 0.977.

Достоинства БК перед синхронными конденсаторами:

• Малые удельные потери активной мощности (0,0025 – 0,005 );

• Простота производства монтажных работ (малые габариты, масса, отсутствие фундаментов);

• Простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей);

• Возможность их установки в центре реактивных нагрузок или около электроприемников;

• Для установки БК может быть использовано любое сухое помещение;

• Возможность постепенного увеличения мощности БК.

Размещение конденсаторов в сетях напряжением до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация:

• индивидуальная — с размещением конденсаторов непо­средственно у токоприемника. В этом случае от реактивных токов разгружается вся сеть системы электроснабжения (сети внешнего и внутреннего электроснабжения и распределительные сети до токоприемников) Однако недостатком такого размеще­ния является неполное использование большой установленной мощности конденсаторов, размещенных у токоприемников;

• групповая — с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах. В этом случае распредели­тельная сеть до токоприемников не разгружается от реактивных токов, но значительно увеличивается время использования батареи конденсаторов по сравнению с индивидуальной компенсацией;

• централизованная — с подключением батареи на шины 0,38 и на шины 6—10 кВт подстанции. В связи с небольшими размерами цеха и плотной расстановкой оборудования выбираем централизованную компенсацию.

В первом случае от реактивных токов разгружаются трансформаторы подстанции, тогда как питающая и распреде­лительная сети низшего напряжения от реактивных токов не разгружаются. Во втором случае от реактивных токов разгру­жаются только сети энергосистемы, а трансформаторы подстан­ций не разгружаются.