Электрические нагрузки промышленных предприятий

                                            1. Введение 

       Система электроснабжения –  это совокупность электроустановок, предназначенных  для обеспечения  потребителей электроэнергией. Она включает сети напряжением до 1 кВ и выше 1 кВ, связанные  между собой трансформаторными подстанциями. Электроснабжение предприятий принято делить на внешнее и внутреннее. В систему внутреннего электроснабжения входит комплекс электротехнических сооружений от точки присоединения к энергосистеме до пункта приёма электроэнергии предприятия: главной понизительной подстанции или центрального (главного) распределительного пункта . Система внутреннего (внутризаводского)  электроснабжения – это комплекс сетей и подстанций, расположенных на территории предприятия. Особенностью промышленного предприятия как потребителя электроэнергии является то, что для осуществления технологического процесса используется большое число разнообразных электроприёмников различных мощностей и номинальных напряжений, однофазного и трёхфазного переменного тока различной частоты, а также электроприёмников постоянного тока.

       Системы электроснабжения, обеспечивающие электрической энергией промышленные объекты, оказывают существенное влияние на работу электроприводов, осветительных, преобразовательных и электротехнологических установок, в конечном счёте, на производственный процесс в целом. Поэтому надёжное и экономичное электроснабжение электроприёмников электроэнергией требуемого качества – необходимое условие нормального функционирования любого промышленного предприятия. Правильное проектирование является весьма важным, т.к. в проекте закладываются основные свойства, определяющие технические, эксплутационные и экономические показатели. 

       В курсовом проекте  необходимо решить следующие  задачи:

- выбор рациональной  схемы  и конструктивного исполнения электрической сети;

- определение электрических  нагрузок;

- компенсация реактивной  мощности;

- выбор числа и  мощности трансформаторов;

- выбор защитных  аппаратов и сечения  проводников;

- учёт потребляемой  мощности и электроэнергии. 
 
 
 
 

            2.Определение электрических  нагрузок 

    Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: линий электропередачи, трансформаторных подстанций (ТП), питающих и распределительных сетей. Для определения электрических нагрузок необходимо произвести разбиение цехов по группам электроприемников находящихся в каждом отдельном цехе. По литературе  [1] табл. П5, стр.272 для каждой группы электроприемников определяем коэффициент использования К_И и средний коэффициент мощности cosj .Полученные данные заносим в таблицу 2.1

       Таблица 2.1

    Вентиляция

    Продолжение таблицы 2.1 

       Расчетную нагрузку крановых установок  приводим к ПВ 40%.Расчёт электрических нагрузок для цехов производим методом расчётных  коэффициентов. Активную расчетную силовую  нагрузку цеха для группы электроприёмников (n>1) определяем по выражению, кВт:

                                                         ;                 (2.1)

       Средневзвешенный  коэффициент использования  для цеха вычисляется  по формуле:

                                                                                                    (2.2)

       Эффективное число электроприёмников  вычисляется  по упрощённой формуле:

                                                                    (2.3)

       Расчётная реактивная мощность нагрузки для цеха определяется, квар:

                                                             (2.4)

где tgj_i – среднее значение коэффициента реактивной мощности i-й группы электроприёмников.

       Расчётная активная осветительная  нагрузка цеха, кВт:

                                                       (2.5)

 где F – площадь помещения, м², определяемая как

 где А, В – длина  и ширина помещения, м.

      Р_уд – удельная мощность общего равномерного освещения на 1 м² площади цехов, Вт/м², при освещённости E=100лк определяемая из [2] по табл.П5.1,стр.117 в зависимости от высоты подвеса светильников, площади помещения F и вида светильников.

    m – отношение фактической (требуемой) освещённости цеха Е_факт к нормированной освещённости помещения Е_норм=100 лк.

       Расчётная реактивная осветительная  нагрузка цеха, квар, определяется:

                                                                    (2.6)

 где tgj_о –коэффициент реактивной мощности освещения.

       Расчетная активная и реактивная  нагрузки напряжением  до  1кВ определяется как, кВт:

                                                                    (2.7)

                                                                    (2.8)

    В таблице 2.2 приведём исходные данные для  расчёта электрического освещения.

     Таблица 2.2

    Полная  мощность расчётной  нагрузки вычисляется  по формуле, кВ×А

                                                          (2.9)

    Для примера приведем расчёт электрических  нагрузок для эмале-приготовительного  цеха. Средневзвешенный коэффициент использования для цеха вычисляется по формуле (2.2)

    Эффективное число электроприёмников  вычисляется  по упрощённой формуле(2.3)

       Определяем  коэффициент расчётной  нагрузки, который принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников n_э и средневзвешенного коэффициента использования К_и, значение К_р берётся из [2] табл.П3.6,стр.109 :

       Активную  расчетную силовую  нагрузку цеха определяем по (2.1)

       Расчётная реактивная мощность нагрузки для цеха определяется по(2.4)

      Расчётная активная осветительная  нагрузка цеха определяемая по(2.5)

    Расчётная реактивная осветительная нагрузка цеха определяется по (2.6)           

       Расчетная активная и реактивная  нагрузки напряжением  определим по (2.7) и (2.8)

       По (2.9) полная мощность расчётной нагрузки вычисляется 

       Расчёт  электрических нагрузок для других цехов  аналогичен вышеприведенному расчёту. Результаты расчётов сведём в  таблицу 2.3

       Таблица 2.3 Расчёт электрических нагрузок     

3.Выбор  цеховых трансформаторов  и расчёт компенсации  реактивной мощности 

    Для каждой группы цеховых  трансформаторов  одинаковой мощности определяется минимальное их число, необходимое для питания расчётной активной нагрузки, по выражению

                                                                                         (3.1)

 где Р_рн – расчётная активная нагрузка до 1кВт данной группы трансформаторов, кВт;

          S_т – единичная мощность цеховых трансформаторов, принимаемая в зависимости от удельной плотности нагрузки, кВА; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Выбор  цеховых трансформаторов  и расчёт компенсации  реактивной мощности 

    Для каждой группы цеховых  трансформаторов  одинаковой мощности определяется минимальное  их число, необходимое  для питания расчётной  активной нагрузки, по выражению

                                                                                         (3.1)

 где Р_рн – расчётная активная нагрузка до 1кВт данной группы трансформаторов, кВт;

       S_т – единичная мощность цеховых трансформаторов, принимаемая в зависимости от удельной плотности нагрузки, кВА;

       β_т – коэффициент активной нагрузки трансформаторов, определяемый в зависимости от категории электроприёмников по надёжности электроснабжения, который принимается для группы цехов равным β_т = 0,65 - 0,95 .  

      Для мазутно-насосной принимаем  питание от трансформаторной подстанции  производственного корпуса 3 ,поэтому производим перерасчет мощности. Находим среднее значение коэффициента использования по формуле (2.2)

      К_Игр = 0,4

    Эффективное число электроприёмников  вычисляется  по упрощённой формуле(2.3)

         nэ=72

       Определяем  коэффициент расчётной нагрузки, который принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников n_э и средневзвешенного коэффициента использования К_и, значение К_р берётся из [1] табл.П7,стр.273 :

       Расчетная активная и реактивная  нагрузки напряжением определим по (2.7) и (2.8)

       По (2.9) полная мощность расчётной нагрузки вычисляется 

       Определяем  минимальное число  цеховых трансформаторов  по (3.1)

       При N_тmin ≤ 3                      .

       Аналогично  произведём расчёт трансформаторов  для всех остальных  цехов завода и  результаты сведём в  таблицу 3.1.

           Таблица 3.1 Каталожные  данные трансформаторов  цеховых ТП  

       Наибольшее  значение реактивной мощности, которое  может быть передано через трансформаторы в сеть до 1кВ при  принятом коэффициенте загрузки  трансформаторов  β_т, определяется по следующему выражению, квар

                                                                   (3.2)

 где коэффициент 1,1 учитывает  допустимую систематическую  перегрузку трансформатора.

       Суммарная мощность блока низковольтных  конденсаторов БНК  по критерию выбора минимального числа трансформаторов

                                                                                              (3.3)

где Q_рн – расчётная реактивная нагрузка до 1кВ рассматриваемой группы трансформаторов, квар.

       Определим расчётную реактивную нагрузку до 1кВ рассматриваемой группы трансформаторов, квар

                                                              ;                                    (3.4)

где tgφ – коэффициент реактивной мощности, определяемый в зависимости от соответствующего cosφ для данного цеха.

       Если  Q_нк1< 0, то следует принять Q_нк1= 0.

       Величина  Q_нк1 распределяется между цеховыми трансформаторами прямо пропорционально их реактивным нагрузкам. Затем выбираются стандартные номинальные мощности БНК для сети до 1кВ каждого трансформатора.

       Определим мощность БНК для  производственного  корпуса.

       По (3.2) значение реактивной мощности, которое  может быть передано через трансформатор  в сеть до 1кВ равно

    Суммарная мощность блока низковольтных конденсаторов по формуле (3.3)

    Т.к. Q_нк1<0, то применять блок низковольтных конденсаторов не следует.

    Аналогично  произведём расчёты  для остальных  цехов завода, и  результаты сведём в  таблицу 3.2.

      Таблица 3.2 Расчёт низковольтных конденсаторных батарей 

       Потери  активной мощности в  трансформаторе, кВт

                                                                    (3.5)

                                                                               (3.6)

       Потери  реактивной мощности в трансформаторе, квар

                                                          (3.7)

       Определим потери в трансформаторе для РМЦ. По (5.14) коэффициент загрузки трансформатора

       Аналогично  произведём расчёты  потерь для остальных  цеховых трансформаторов  завода, и результаты сведём в таблицу 3.3.

    Таблица 3.3 Расчёт потерь мощности в трансформаторах 

       Экономически  целесообразное значение РМ, потребляемой предприятием в часы больших нагрузок из энергосистемы, определяется по выражению, квар

                                                                                            (3.8)

где  – математическое ожидание активной расчетной нагрузки потребителя на границе балансового разграничения с энергосистемой, кВт;

        tgφ_э – максимальное значение экономического коэффициента РМ, определяемого оптимизационным (tgφ_э0) или нормированным методом (tgφ_эн).

       Математическое  ожидание активной расчетной и реактивной нагрузки потребителя

                                                                                              (3.9)

                                                                                             (3.10)

где κ_о – коэффициент приведения расчётной нагрузки к математическому ожиданию,    κ_о =0,9;

         Рр, Qр – расчётная активная и реактивная мощность предприятия (с учётом потерь в трансформаторах).

       В расчётах компенсации, как правило, определяется нормативное значение экономического коэффициента  РМ по выражению

                                                                                (3.11)

где d_max – отношение потребления энергии в квартале максимума нагрузки энергосистемы к потреблению в квартале максимальной нагрузки предприятия ( при отсутствии таких сведений принимают d_max=1);

        a – основная ставка тарифа на активную мощность, руб/кВт·год;  

        b – дополнительная ставка тарифа на активную мощность, руб/кВт·ч;  

        tgφ_б – базовый коэффициент РМ, принимаемый равным 0,25; 0,3 и 0,4 для сетей 6…20кВ, присоединённых к шинам подстанции с высшим напряжением соответственно 35,110 и 220…330кВ.

      К₁ – коэффициент, отражающий изменение цен на конденсаторные установки.

    Величина  К₁ может принята равной коэффициенту увеличения ставки двухставочного тарифа на электроэнергию Кw (по сравнению со значениями а = 60 руб/кВт·год и b =1,8 коп/кВт·ч, установленными для Беларуси прейскурантом №09-01, введённым в действие с 1.01.91г), который определяется по формуле