ВВЕДЕНИЕ 9
1 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ 12
1.1 Обзор литературы 12
1.2 Режимы работы электродвигателей 15
1.3 Силовые кабели «ТОФЛЕКС» 22
2 РАСЧЕТНЫЙ РАЗДЕЛ 25
2.1 Исходные данные 25
2.1.1 Расчет электрических нагрузок цеха промышленного предприятия 26
2.1.2 Расчет осветительной нагрузки 26
2.1.3 Суммарная нагрузка цеха 27
2.1.4 Выбор оборудования 30
2.2 Анализ оборудования цеха 34
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 37
3.1 Понятие моделирования и модели 37
3.1.1 Классификация математических моделей 38
3.1.2 Требования к моделям и основные этапы моделирования 39
3.2 Архитектура программных комплексов 42
3.3 Общий алгоритм расчета 50
3.4 Решение задач электростатики и растекания токов 56
3.5 Решение задач теплопередачи 63
4 ВИРТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 66
4.1 Пакет ELCUT 66
4.2 Объект исследования 70
4.3 Математическая модель в среде ELCUT 72
4.3.1 Расчет допустимой токовой нагрузки 76
4.3.2 Расчет сопротивления ТПЖ 77
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 80
5.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 81
5.2 Технология QuaD 83
5.3 Организация и планирование проекта 86
5.3.1 Этапы проведения работы 87
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 100
6.1 Производственная безопасность 100
6.1.1 Анализ вредных факторов производственной среды 100
6.1.2 Анализ опасных факторов производственной среды 106
6.2 Экологическая безопасность 109
6.2.1 Анализ влияния кабельного производства на окружающую среду ... 109
6.2.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 111
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 113
6.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 113
6.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 114
6.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений .. 116
6.5 Разработка зануления низковольтного оборудования 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
Список публикаций Ожанова М.А 122
Список литературы 123
Приложение A 126
Существующие системы электроснабжения охватывают такие вопросы как распределение, преобразование, регулирование электроэнергии и обеспечения бесперебойной подачи различных классов напряжений постоянного и переменного тока, которые необходимых для нормальной работы оборудования, сложных технологических процессов, радиотехнических устройств, вычислительных комплексов.
Электрические сети классом напряжения до 1 кВ предназначены для распределения электроэнергии на промышленных и цеховых предприятиях, а также для питания определенных электроприемников, расположенных на территории предприятии за пределами цеха. Схема внутри цеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением трансформаторных подстанций, электроприемников и вводов питания, расчётной мощностью, требованиями бесперебойности электроснабжения, технико-экономическими соображениями, условиями окружающей среды.
В последние годы начался активный процесс модернизации и усовершенствования оборудования на предприятиях. Обновляется и станочный парк предприятий: появляются современные станки и новые обрабатывающие комплексы. Это приводит к следующим положительным изменениям: время проектирования изделий значительно сократилось, трудозатраты и количество брака также намного уменьшились, выросла производительность труда, технологические процессы подверглись значительной модернизации.
Для современного оборудования следует использовать электропитание европейского качества, и именно с этим в России большие проблемы. Достаточно естественным результатом становится перебои и отказ в работе, отключения, аварии, брак и поломка инструмента и заготовок. Иногда даже дело доходит до сгорания трансформаторов и станков. Перебои в работе вызывают такие причины, как длительное снижение напряжения на величину ниже среднего, что приводит к перегрузкам и трансформаторов, и электродвигателей. А они, в свою очередь, вызывают остановки или выход из строя оборудования. То же самое можно сказать и про перепады напряжения и высокочастотные помехи, которые влекут за собой выход из строя электронных компонентов. Напряжение может исчезнуть вовсе, что недопустимо не только в отношении работы импортного оборудования, но и отечественного. При грамотном проектировании системы электропитания можно избежать ряда проблем.
В представленной магистерской диссертации детально рассмотрена система электропитания промышленного оборудования, состоящая из питающих трансформаторов, нагрузки в виде электродвигателей станков с учетом режимов их работы, и силовых соединительных кабелей.
Богатый опыт развития нынешней экономики свидетельствует о том, что современные средства взаимосвязи, транспорта и энергопитания представляют собой одну из важнейших стратегических ячеек. Кабельная продукция в большей или меньшей степени применяются во всех сферах человеческой деятельности. Кабельно-проводниковая продукция важна не только энергетической отрасли, но и строительной, транспортной, нефтегазохимической, предприятиям ЖКХ. Кабельная промышленность - одна из наиболее динамично развивающихся подотраслей машиностроения и электротехнической промышленности Российской Федерации.
Таким образом, актуальность работы обусловлена значительным прогрессом в области электроэнергетики и важнейшим значением систем электропитания, так как они влияют на все сферы человеческой деятельности.
Целью исследования является оптимизация системы электропитания путем создания математической модели кабельно-проводниковой продукции на основе программного продукта ELCUT. Работа выполняется по заданию ООО «Томский кабельный завод».
Исходя из поставленной цели исследования, выделен ряд актуальных
задач:
- анализ исходных данных;
- литературная и патентная проработка;
- выбор методики проведения исследований;
- расчёт электрических нагрузок цеха;
- сравнительный анализ кабелей;
- натурные испытания кабельно-проводниковой продукции;
- моделирование в среде ELCUT;
- разработка рекомендаций по оптимизации системы питания.
Научная новизна работы состоит в создании математической модели
системы электропитания цеха, учитывающей режимы работы различных типов электродвигателей, представляющих комплексную нагрузку.
В представленной магистерской диссертации с целью изучения влияния режимов работы асинхронных двигателей на свойства силовых кабелей создана математическая модель кабеля в среде ELCUT. В ходе математического моделирования проанализировано влияние режимов работы электродвигателей оборудования на тепловое состояние силовых кабелей, с учетом электрической нагрузки цеха получены картины электрического и теплового полей кабеля марки ТОФЛЕКС РПнг(А) FRHF 1*50мк-1.
Предложена оптимизация системы электропитания цеха с использованием математической модели кабеля с изоляцией из этиленпропиленовой резины.
Математическое моделирование показало применимость предложенной методики для решения практических задач, возникающих при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
а) запас температуры изоляции составляет 10°С, что говорит о возможности снижения толщины изоляции, позволяющей улучшить технологичность изоляции, массо-габаритные показатели и уменьшить финансовую компоненту;
б) нагрузочную способность (энергетическую эффективность) оборудования цеха возможно повысить приблизительно на 11 % за счет запаса температуры изоляции кабеля.
в) результаты математического моделирования полностью
коррелируют с инженерным расчетом, что доказывает практическую применимость математической модели в реальных условиях для анализа режимов работы двигателя.
Результаты получены в ходе теоретических исследований при использовании закона Джоуля-Ленца, правила Монтзигера и формулы теплопроводности и подтверждены экспериментальным путем.
Таким образом:
1. Предложена математическая модель, учитывающая режимы работы электродвигателей, для определения токовых нагрузок, способствующих оптимизированному выбору проводникового оборудования.
2. Изменение климатических условий окружающей среды влияет на реализующееся температурное поле, созданное режимами работы двигателей, что в свою очередь, позволяет увеличивать или уменьшать нагрузочную способность силовых кабелей.
3. Предложена методика моделирования системы электропитания, выполненной на основе учета режимов работы электродвигателей. Математическое моделирование систем электропитания, выполненных на основе ЭПР кабелей, показало применимость предложенной методики моделирования для решения практических задач, возникающих при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
