Электрические нагрузки

 

ВВЕДЕНИЕ 
 

       От  надежного и бесперебойного электроснабжения зависит работа промышленного предприятия. Для эффективного функционирования предприятия, схема электроснабжения должна обеспечивать необходимую надежность и безопасность эксплуатации, резервирование и защиту отдельных элементов. В  реальных условиях эксплуатация энергосистем сопровождается постоянным вводом новых  мощностей, линий электропередачи  и, как результат, ростом токов. Для  обеспечения подачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам  и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие  из сетей напряжением до 1000В и  выше, трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций.

       При проектировании, сооружений и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо учитывать  технико-экономические аспекты при  осуществлении выбора напряжений, определении  электрических нагрузок, выборе типа, числа и мощности трансформаторных подстанций, видов их защиты, систем компенсации реактивной мощности и  способов регулирования напряжений.

       В данном курсовом проекте проектируется  система электроснабжения завода железобетонных конструкций и деревообрабатывающего  цеха.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК 
 

     Первым  этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических  нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, выбираются защитные устройства и компенсирующие установки, определяют потери мощности и электроэнергии, рассчитываются отклонения и колебания напряжения. Правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором для всего последующего расчета.

     Расчет  электрических нагрузок должен выполняться  в соответствии с «Указаниями  по расчету электрических нагрузок»  по формуляру Ф636-92.

     На  стадии проектирования возникает необходимость  определить расчетные нагрузки на различных  уровнях системы электроснабжения (с первого по шестой уровень). 
 

     1.1. Расчет электрических нагрузок цеха до 1000В  

     В соответствии с заданием выполняем  по одному примеру расчета в виде решения и заносим в таблицу, остальные примеры оформляем  только в таблицу без решения.

     _{Для расчета нагрузки заполняем графы  таблицы. В графе 1 в соответствии с  чертежом завода записываются: наименование цехов, для которого производится расчет. Графы таблицы с 2 по 7 заполняем в соответствии с таблицами заданий. Для каждого цеха рассчитываем графы активной и реактивной среднесменных мощностей РС.Р., QС.Р. – графы таблицы 8,9. В графе 10 определяется  . В графе 11 указывается эффективное число приемников. Эффективным числом называют число, однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума РР, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы. Эффективное число зависит от среднего коэффициента использования группы приемников, фактического числа приемников -  n.}

     Для расчета максимальных мощностей  определяем расчетный коэффициент  К_Р = f (n_Э, К_И ) по таблице методических указаний и записывается в графе 12. В графах 13, 14, 15, 16 указываются значения активной, реактивной, полной расчетных мощностей и расчетный ток соответственно.

     Расчетный коэффициент определяется по формуле: 

                                                        (1.1) 

     Эффективное число n_э определяют по упрощенному выражению:

                                                  

                                                  (1.2)                             

     Где ∑P_н – суммарная номинальных активных мощностей электрооборудования цеха, кВт

     Расчетные мощности определяем по формулам: 

                                                    (1.3) 

               Если n_э≤10, то                                                                 (1.4) 

              Если n_э≥10, то                                   

                                

     где К_р - расчётный коэффициент (коэффициент максимума)

         ∑Р_с.р. – суммарная среднесменная активная мощность, кВт

     К полученным расчетным активным и  реактивным мощностям силовых ЭП до 1 кВ прибавляются расчетные мощности осветительной нагрузки P_р.о. и Q_р.о.. Они заносятся в графы 13, 14.

       В качестве примера приведен расчет нагрузки 1-го силового распределительного шкафа ШРА-1 инструментального цеха завода среднего машиностроения

       1.1.1 Количество однотипных электроприёмников:  

     

 

       1.1.2 Общая мощность, установленная электроприёмников, кВт:  

     

 

       1.1.3 Коэффициент реактивной мощности - cosφ=0,5 средневзвешенный для каждого приемника, [1].

         3.1.4 В графе-7 определяем tgφ, как отношение суммарной среднесменной реактивной мощности к суммарной среднесменной активной:

     

       1.1.5 Активная среднесменная мощность Р_ср кВт, она определяется как суммарная номинальная мощность однотипных электроприемников с учетом К_и и среднесменная реактивная мощность Q_ср кВар определяются: 

                                          

                                            (1.5) 

                                            

                                              (1.6)

       Например, для поперечно-строгальных станков: 

                                                    

                                                     

     где К_и=0,13-коэффициент использования, который выбирается в зависимости от типа электроприёмников цеха и отрасли промышленности [2].

     В итоге ШР-1: 

                                      (1.7) 

                                       (1.8) 

                                      (1.9) 

     1.1.6 Эффективное число n_э определяют по упрощенному выражению (3.2): 

                                          

     1.1.7 Расчётный коэффициент К_р=1,44, определяется [2] в зависимости от n_эф и К_и .

     1.1.8 Расчётная активная мощность Р_р  ,кВт определяется по формуле (1.3) ,кВт:  

       

 

     1.1.9 Расчётная реактивная мощность Q_p определяется по формуле (1.4), и так как ≥ 10, то: 

       

 

     1.1.10 Расчетная полная мощность , кВА:  

                                                       (1.10)

     

 

     1.1.11 Расчетный ток , кА 

                                               

                                            (1.11) 

                                         

     Остальные ШР и ШРА рассчитываются аналогично. Все расчеты приведены в таблице 1.1. 
 

 

     

  Таблица 1.1.

       Расчет электрических нагрузок цеха до 1000В  

  ***********/

  Продолжение таблицы 1.1 

       
 
 
 
 

 

       

       1.2 Расчет электрических нагрузок по заводу 

       На  данном этапе необходимо рассчитать электрические нагрузки по всему  заводу с учётом осветительной нагрузки по каждому цеху. Расчёт аналогичен расчёту нагрузок по цеху и также сводится в таблицу 1.2 

     Расчет  показан для отделения восстановления, в таблице 1.2. 

     По  справочным данным выписываются коэффициент  использования каждого цеха, для  нашего цеха будет равен  К_И=0,6 и cosj=0,8 табл. 1.5 [1] Значение тангенса j определяется по выражению tgj= tg(arccosj).

       
 

     Рассчитывается  активная средняя или промежуточная  мощность, кВт: 

                                                 (1.12) 

     

 

где - коэффициент использования нагрузки одного цеха 

     Рассчитывается  реактивная средняя или промежуточная  мощность, кВАр: 

                                     (1.13) 

     

 

     Только  для группы электроприемников определяется эффективное число ЭП . Эффективно число электроприемников для  узлов питания рекомендуется определять по приближенной формуле: 

                                           (1.14) 

     

 

     Определяем  расчетный коэффициент  по таблице 1.8 [1] методических указаний. 

       Расчетная активная мощность узла питания определяется по формуле, кВт: 

                                              (1.15) 

       

 

       Расчетная реактивная мощность определяется по формуле (1.16) в зависимости от n_Э – эффективного числа электроприемников в узле.

       Если  эффективное число приемников n_Э>10, расчетная реактивная мощность определяется по формуле, кВАр: 

                                                    (1.16) 

       

 

     Полная  расчетная мощность рассчитывается по формуле, кВА: 

                                             (1.17) 

     

 

     Выполняется  расчетный ток рассчитывается по формуле, А: 

                                          (1.18) 

     

 

     Расчеты сводим в таблицу 1.2. 
 
 
 
 
 
 
 

 

     Таблица 1.2.

               Электрические нагрузки завода  дистилляции титана до 1000В

       
 
 
 
 

     Продолжение таблицы 1.2 
 

         
 
 
 

     Продолжение таблицы 1.2 

       

       1.3 Расчет осветительной нагрузки 

       Рациональное  освещение рабочих мест, производственных помещений и территорий предприятий  способствует повышению производительности труда, снижает вероятность производственных травм.

       Расчет  осветительной нагрузки при определении  нагрузки предприятия  производим упрощенным методом по удельной плотности осветительной  нагрузки на квадратный метр производственных площадей и коэффициенту спроса.

       По  этому методу расчетная осветительная  нагрузка принимается равной средней  мощности освещения за наиболее загруженную  смену.

       Определяем  площадь цехов F, м². Минимальную освещенность берем по разряду зрительных работ E, лк. Выбираем тип светильника для ламп типа ДРЛ и люминесцентных ламп. Определяем из справочника по таблице 5-29, 5-40, 5-42 [3] удельную мощность P_уд, Вт/м².

     Расчет  показан для отделения восстановления, в таблице 1.3.

         Установленная мощность  приемников освещения по цеху, определяется по удельной осветительной нагрузке на 1м² поверхности пола известной производственной площади, определяется по формуле, кВт: 

       Р_у = к_з ∙ Р_уд ∙ F                                                    (1.19) 

       Р_у = 1,3 ∙ 11,5∙ 4416 = 65,45 

       где F – площадь производственного помещения, которая определяется по генеральному плану фабрики, в м²,

       к_з – коэффициент запаса зависит от технологической среды

       к_з = 1,4 – 1,3 если помещение запыленное

       к_з = 1,1 – 1,3 для среднего помещения

       к_з = 1,5 для сварочного помещения 

       Активная расчетная мощность определяется по формуле, кВт: 

       Р_{p о} = К_c ∙ Р_у                                                (1.20) 

       Р_{p о} = 0.95∙ 65,45 = 62,17 

     где К_c – коэффициент спроса по активной мощности осветительной нагрузки. Коэффициент спроса к_с и cosφ определяем по таблице 1.10 [1] . Значение тангенса j определяется по выражению tgj= tg(arccosj). 

     Реактивная  расчетная мощность определяется по формуле, кВАР: 

       Q_po = tgφ_о Р_ро ,                                             (1.21) 

       Q_po = 62,17

0,48 = 30,11 

     где tgφ_о  - коэффициент реактивной мощности.

                          

       Расчет  осветительной установки в табл. 1.3 сводим в таблицу электрические нагрузки завода до 1000В табл. 1.2. Рассчитываем итоговую строку. 

 

       

     Таблица 1.3

              Расчет освещения методом удельной  мощности

       
 
 
 

 

     

       1.4 Определение минимального числа цеховых трансформаторов 
 

       Согласно  «РУ по расчету электрических  нагрузок» производится  выбор  цеховых трансформаторов и заполняется  таблица согласно форме Ф202-90.

       Расчет производится для всего завода.

       Определяется минимальное число цеховых трансформаторов , одинаковой мощности , для всей нагрузки напряжением 0,4 кВ: 

                                 (1.22)  

     

 

  где Р_р - расчётная активная мощность всей нагрузки всего завода (табл 1.2 Р_р = 5017,51 )

       β_т - оптимальный коэффициент загрузки трансформатора, β_т =0,7-0,8

       S_нт - номинальная мощность трансформатора, S_нт = 630кВА 

       Определяется оптимальное экономическое число трансформаторов: 

                                                      _(1.23) 

     

       где m – дополнительное число трансформаторов,

       тал. 1.9 [2].

         Группируют цеха с мощностью  трансформаторов 630 кВА и определяют минимальное экономически эффективное число трансформаторов.

       Согласно  «РУ по расчету электрических  нагрузок» производится  выбор  цеховых трансформаторов и заполняется  таблица согласно форме Ф202-90.

       Расчет  производится так же для всех ТП. 
 
 
 
 
 

2 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 
 

       2.1 Расчет компенсации до 1кВ 

       Сумарная мощность компенсации определяется в 2 этапа.

       - выбор экономически оптимального  числа трансформаторов (ранее  выполнен);

       - выбор дополнительной мощности  БК в целях оптимального снижения  потерь в трансформаторах и  в сети 6-10 кВ. 

       По  предварительно выбранному числу трансформаторов определяется наибольшая реактивная мощность, которую они могут передать в сеть до

       1 кВ, кВАР, расчет производится по всему заводу: 

                                               (2.1) 

     

 

       Суммарная мощность для данной группы трансформаторов, кВАР: 

                                                   (2.2) 

     

 

        - суммарная расчетная нагрузка, кВАР. 

       Дополнительная  суммарная мощность для данной группы трансформаторов Q_НК2, кВАР: 

                            (2.3) 

     

 

       g - расчетный коэффициент, зависящий от К1 и К2, [1. стр. 107]. 

       k₁ =15 коэффициент принадлежности к энергосистеме, таблица8.1 [2].

       k₂ = 7 коэффициент, зависящий от протяжённости кабельной линии и мощности трансформаторов, таблица8.2 [2].

       Суммарная расчетная мощность по 2-м этапам, кВАР:  

                                             (2.4) 

     

 

       где - суммарные мощности батарей двух этапов расчета распределяется между трансформаторами пропорционально их реактивным нагрузкам. 

       Фактическая реактивная мощность, кВАР: 

                                             (2.5) 

       

 

     Полная  расчетная мощность рассчитывается по формуле, кВА: 

                                             (2.6) 

        

 

       Коэффициент загрузки: 

                                 (2.7)  

                

 

       Полученную  реактивную мощность для компенсации  распределяем между цехами, пропорционально  их реактивной мощности, кВАР: 

                              (2.8) 

       Определяем  реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать для ТП-1,ТП-2 кВАР: 

          

 

       Выбираем  4 батареи конденсатора: УКМ63-0,4-400-25 У3 с Q=400 кВАР. Определяем новое значение полной расчётной мощности с учётом компенсации, кВА:

           (2.9)   

     

 

       где Р_рi – расчётная активная нагрузка i-го цеха, кВт,

       Q_рi – расчётная реактивная нагрузка i-го цеха, кВАР,

       Q₁ – мощность, которую необходимо скомпенсировать, кВАР 

       Определяем  реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать для ТП-3,ТП-4 по формуле (4.7), кВАР: 

     

  

       Выбираем  4 батареи конденсаторов УКМ63-0,4-200-25 У3 с Q=200кВАР. Определяем новое значение полной расчётной мощности с учётом компенсации по формуле(2.9), кВА: 

     

 

       Определяем  реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать для ТП-5 по формуле (2.8), кВАР: 

     

       Выбираем  2 батареи конденсаторов УКМ63-0,4-150-25 У3 с Q=150кВАР. Определяем новое значение полной расчётной мощности с учётом компенсации по формуле(2.9), кВА: 

       

 

       Определяем  реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать для  ТП-6 по формуле (2.8), кВАР: 

        

 

       Выбираем 2 батареи конденсаторов УКМ63-0,4-200-25 У3 с Q=200кВАР. Определяем новое значение полной расчётной мощности с учётом компенсации по формуле(2.9), кВА: 

       

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2.2 Определение потерь в цеховых трансформаторах 

       Рассмотрим  расчет потерь в трансформаторах  на примере третьей трансформторной подстанции. Значения  всех потерь в трансформаторах занесем в таблицу 4.1.

       Выбираем  на все ТП трансформаторы маркой ТМ-630/10

        =1,31кВт, =7,6кВт, I_хх=2,0%, U_кз=5,5, табл 5.3 стр.124 [1]. 

       Определяем  потери активной мощности по формуле, кВт: 

                                         

                            (2.10) 

       

 

       где n – количество трансформаторов

         –потери холостого хода  в трансформаторе, кВт табл 5.3 стр.124 [1].

        –потери короткого замыкания  в трансформаторе, кВт табл 5.3 стр.124 [1].

         k_з – коэффициент загрузки трансформатора, k_з = 0,80

       ( 2-я категория завода  k_з=0,7 : 0,8  

       Определяем  потери реактивной мощности по формуле, кВАР: 

                          (2.11) 

       

       где n – количество трансформаторов

         потери холостого хода  в трансформаторе, кВАР

        потери короткого замыкания в трансформаторе, кВАР