Электроснабжение электромеханического цеха. 4


 

Введение

 

Системой электроснабжения называют совокупность устройств производства, передачи и распределения электроэнергии ( далее ЭЭ). Системы электроснабжения промышленных предприятий (далее ПП) создаются для обеспечения питания  ЭЭ промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели разных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Задача электроснабжения (ЭС) ПП возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. Первые электростанции сооружались в городах для освещения и питания электрического транспорта, а также при фабриках и заводах. Позднее появилась возможность сооружения электрических станций в местах залежей топлива (торфа, угля, нефти) или местах использования энергии воды независимо от мест нахождения потребителей ЭЭ – городов и ПП. Передача ЭЭ на большие расстояния к центрам потребления стала осуществляться линиями электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения.

В настоящее время большинство  потребителей получают ЭЭ от энергосистемы. В то же время на ряде предприятий  продолжается сооружение и собственных  теплоэлектростанций.

Необходимость в производстве ЭЭ на фабрично-заводских электростанциях обуславливается следующими причинами:

- потребность в теплоте для технологических целей и отопления, и фиктивностью попутного производства при этом ЭЭ;

- необходимостью резервного питания для ответственных потребителей (второй независимый источник питания);

- необходимость использования вторичных ресурсов;

- большой удаленностью некоторых предприятий от энергосистем.


По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения (СЭС) ПП. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных теплоэлектростанций. Возникает необходимость внедрять автоматизацию СЭС ПП и производственных процессов, осуществлять  в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления, и вести активную работу по экономии ЭЭ.

Переход на автоматизированные системы управления может быть успешным только при наличии средств автоматики и квалифицированных инженеров в области автоматизированного электроснабжения.

 

Краткая характеристика производства

и потребителей электроэнергии.

 

Электромеханический цех (ЭМЦ) предназначен для подготовки заготовок  из металла для электрических  машин с последующей их обработкой различными способами.

Он является одним из цехов металлургического завода, выполняющего и обрабатывающего металл. Электромеханический цех имеет станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование: слиткообдирочные, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические станки и др.

В цехе предусмотрены помещения для цеховой трансформаторной подстанции, вентиляторной, инструментальной, для бытовых нужд и пр. Электромеханический цех получает электроснабжение от подстанций глубокого ввода (ПГВ). Расстояние от подстанции глубокого ввода до цеховой трансформаторной подстанции – 0.5 км, а от ЭНС до ПГВ – 10 км. Напряжение на ПГВ – 10кВ.

Количество рабочих смен – 2. Потребители электроэнергии цеха имеют 2 и 3 категорию надежности электроснабжения.

Грунт в районе электромеханического цеха – песок с температурой + 20оС. Каркас здания цеха смонтирован из блоков-секций длиной 8 и 9 м каждый.

Размеры цеха А х В х Н=48х30х9 м.

Вспомогательные помещения  двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования ЭМЦ дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Рэп) указаны для одного электроприемника.

Расположение основного  оборудования показано на плане.

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Перечень ЭО ремонтно механического цеха

№ на плане

Количество

Наименование ЭО

РНОМ,

кВт

КИ

cosφ

Примечание

1,21

2

Краны мостовые

12,6

0,1

0,5

ПВ=25%

2,3,22,

23

4

Манипуляторы электрические

3,2

0,1

0,5

  

6,28

2

Точильно-шлифовальные станки

2

0,12

0,5

  

7,8,26,

27

4

Настольно-сверлильные  станки

2,2

0,14

0,5

  

9,10,29,

30

4

Токарные полуавтоматы

10

0,13

0,5

  

11…14

4

Токарные станки

13

0,12

0,5

  

15….20

33…37

9

Слиткообдирочные станки

3

0,17

0,65

  

24,25

2

Горизонтально-фрезерные  станки

7

0,1

0,5

  

31,32

2

Продольно-строгальные  станки

10

0,14

0,5

  

41

1

Тельфер

5

0,1

0,5

  

42,43

2

Вентиляторы

4,5

0,6

0,5

  

38…40

3

Анодно-механические станки

75

0,17

0,65

  

 

Определение расчетных  силовых нагрузок


Все электроприемники объекта делятся  на группы. Каждой группе присваивается  номер от 1 до 100.

Затем намечается схема электроснабжения объекта и для каждого узла фиксируются электроприемники, которые подключены к узлу. Исходные данные для всех ЭП приведены в таблице 1.

Данные по всему объекту  заносятся в файл результатов relna.dis в диалоговом режиме во время работы программы.

Расчет электрических  нагрузок проводится для:

а) отдельно взятого распределительного пункта (РП);

б) цеха.

Расчет электрических  нагрузок РП1

Исходные данные приведены в таблице 2

Тип установки

Количество  ЭП (Ni), шт

Номинальная мощность ЭП (Pном,i), кВт

Коэффициент мощности

(cosφ)

Коэффициент использования

(Ки,i)

Группа

Краны мостовые

1

12,6

0,5

0,1

А

Манипуляторы электрические

2

3,2

0,5

0,12

А

Точильно-шлифовальные станки

1

2

0,5

0,12

А

Настольно –сверлильные станки

2

2,2

0,5

0,14

А

Токарные полуавтоматы
2
10
0,5
0,65
А

 

  1. Определяется общее число электроприемников РП (n):   

,

  

 где m – количество групп ЭП;

 ni – количество ЭП в i – ой группе.

.

 

 

2 Исходя из таблицы 2, определяем долю ЭП группы А:

Так как все приемники  относятся к группе А, то расчет будем вести по группе А.


  1. Определяем суммарную номинальную активную мощность группы  ЭП ( , кВт) :

,

  

где    – номинальная активная мощность i – го ЭП.

;

  1. Определяем суммарную номинальную реактивную мощность группы ЭП ( , квар) :

, 

 

где – коэффициент реактивной мощности i–го ЭП, соответствующий                                                                                                            cosφ приведенным в таблице 2;

 кВар;

  1. Определяем среднюю активную мощность ( , кВт) :

, 

 

    где    – коэффициент использования i–го ЭП;

 кВт;

  1. Определяем среднюю реактивную мощность ( , кВар) :

;

  

    1. Определяем эффективное число электроприемников группы А ( ) :

 

 

.

8 Определяем коэффициент использования РП ( ) группы А:

;

.

  1. По таблице на с.48 /6/ находим коэффициент максимума ( ) для 4, при 0,54. Занесем все в таблицу 3.

Таблица 3 – Значения коэффициента максимума

Эффективное число электроприемников

Коэффициент использования 

0,1

0,15

Коэффициент максимума

5

3,23

2,64

       6

       30,4

                  2,64


Рассмотрим две точки:


.

 

 

 

 


 

 

Коэффициент использования 

Эффективное число электроприемников

5

6

0,1

3,23

3,04


 

Тогда коэффициент максимума по активной мощности ( ) при

.

    1. Определяем коэффициент максимума по реактивной мощности ( ):

 

    1.  Определяем расчетную активную мощность ( , кВт) :

    1. Определяем расчетную реактивную мощность ( , кВар) :
 кВар.
    1. Определяем средний коэффициент мощности РП ( ):

 

;

  

.

    1. Определяем полную расчетную мощность РП ( , кВА) :

;

  

 кВА.

    1. Определяем расчетный ток ( , кА) :

,

  

     где   – номинальное напряжение РП, кВ ;

 А.


Расчет закончен. Правильность ручного расчета подтверждается совпадением результатов с результатами, полученными в распечатке в приложении.

Распечатки результатов  автоматизированного расчета, выполненного с помощью программы RELNA пакета прикладных программ PRES-1.

 

Расчет электрических  нагрузок цеха

Исходные данные приведены  в таблице 1.

    1. Определяется общее число электроприемников цеха (n):

,

  

      где m – количество групп ЭП;

             ni – количество ЭП в i – ой группе.

.

    1. Определяем суммарную номинальную активную мощность цеха

( , кВт) :

,

  

      где    – номинальная активная мощность i – го ЭП.

.

3 Исходя из таблицы 1, определим долю ЭП группы А:

Все ЭП группы А, следовательно расчет будем вести по группе А.

    1. Определяем суммарную номинальную реактивную мощность цеха ( , квар) :

,

  

       где   – коэффициент реактивной мощности i–го ЭП,

соответствующий , приведенным в таблице 1;

 

    1. Определяем среднюю активную мощность цеха ( , кВт) :

, 

 

     где   – коэффициент использования i–го ЭП;

Определяем среднюю  реактивную мощность цеха ( , квар) :

; 

 

    1. Определяем эффективное число электроприемников ( )

    1. Определяем коэффициент использования цеха ( ):


;

.

  1. По таблице на с.48 /6/ находим коэффициент максимума ( ) для 21,284 значение которого находится в пределах 20¸25 , и 0,294 и занесем его значения в таблицу 4.

 

Таблица 4 – Выборочные значения коэффициента максимума

Эффективное число электроприемников

Коэффициент использования

0,15

0,2

Коэффициент максимума 

10

2,1

1,84

12

1,96

1,75


Коэффициент максимума ( ) рассчитываем методом кусочно-линейной  интерполяции.

Составляем уравнение  прямой , проходящей через точки      с координатами

=0,15; 
=0,2;

=2,1; 
=1,84,

Коэффициенты a и b, входящие в уравнение прямой, определяются по

формулам:

;

  

;

  

;

;

,

Рассмотрим 4-ую и 5-ую точки с координатами:

 

Промежуточные значения коэффициента максимума занесем  в таблицу 6.

Таблица 6 – Значения коэффициента максимума

Коэффициент использования

Эффективное число электроприемников

10

12

Коэффициент максимума 

0,159

2,0532

1,9222


 

  Рассмотрим последние две точки:


;

Тогда коэффициент максимума по активной мощности ( ) при 10,714

.

    1. Определяем коэффициент максимума по реактивной мощности ( )

    1. Определяем расчётную активную мощность ЭП цеха (Pр, кВт)

кВт.

 

    1. Определяем расчетную реактивную мощность ( , квар) :

 

 

 

 

 

    1.  Определяем средний коэффициент мощности цеха ( ):

 

;

  

.

    1. Определяем полную расчетную мощность цеха ( , кВА) :

;

  

 кВА.

    1. Определяем расчетный ток ( , кА) :

,

  

где  – номинальное напряжение цеха, кВ;

 кА.

Расчет закончен. Правильность ручного расчета подтверждается совпадением результатов с результатами, полученными в распечатке.

Распечатки результатов автоматизированного  расчета, выполненного с помощью  программы RELNA пакета прикладных программ PRES-1,

приведены в приложении.

 
 Выбор числа и мощности трансформаторов на трансформаторной подстанции

Так как имеются потребители  второй категории, устанавливаем на подстанции 1 трансформатор.

Определяем мощность цехового трансформатора ( , кВА)

;

  

1,1 – коэффициент, учитывающий осветительную нагрузку;

 0,7 – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме;

 NТ  – количество трансформаторов.

.

Выбираем   трансформатора ТМ-250/10. Его данные сведены в таблицу 7.

 

Таблица 7 – Технические данные трансформатора ТМ-160/10

Тип трансформатора

Ном.

мощность Sном,т

Номинальное напряжение высшей обмотки Uном,ВН, кВ

Номинальное напряжение низшей обмотки Uном,НН, кВ

Потери короткого замыкания 

, кВт

Потери холостого хода

, кВт

Напряжение короткого замыкания 

, %

ТМ-250/10

250

10

0,4

3.7

0,82

4,5


 

Компенсация реактивной мощности


Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающий выбор целесообразных источников, расчет и регулирование их мощности, размещение источников в системе электроснабжения.  Количественные  и качественные изменения, происходящие в промышленном электроснабжении за последние годы, придают этому вопросу особую значимость.

К сетям напряжением  до 1 кВ на промышленных предприятиях подключается большая часть потребителей реактивной мощности. Сети 380…660 В электрически более удалены от источников питания, поэтому передача реактивной мощности в сеть низшего напряжения (НН) требует увеличения сечения кабелей и проводов, повышения мощности силовых трансформаторов и сопровождается потерями активной и реактивной мощности. Затраты, обусловленные перечисленными факторами, можно уменьшить или даже устранить, если осуществить компенсацию реактивной мощности непосредственно в сети НН.

Источниками реактивной мощности в  сети НН являются синхронный двигатель (СД) напряжением 380…660 В и конденсаторные батареи низшего напряжения (НБК). Выбор оптимальной мощности НБК  осуществляют одновременно с выбором цеховых ТП.

При выборе необходимой мощности компенсирующих устройств необходимо, чтобы выполнялись  технические условия:

а) напряжение у потребителей должно быть допустимых пределов;

б) ток не должен превышать  допустимых пределов;

в) в сети должен быть резерв по реактивной мощности;

г) электрическая сеть должна быть устойчива.

 

 

 

 

Таблица 8 – Исходные данные для  расчета

Параметр

cosφ

tgφ

, кВт

, кВар

, кВА

Всего на НН без КУ

0,606

1.31

225.01

263.054

346.154


 

Значения  , , , выбираются из распечатки «Расчет электрических нагрузок цеха».

tgφ - коэффициент реактивной мощности, соответствует cosφ.

Определяется расчетная  мощность компенсирующего устройства:

,

 где - коэффициент, учитывающий повышение коэффициента мощности                                         естественным способом, принимается = 0,9, /1/, с. 33;

tgφ и  tgφ к- коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφk= 0,92…0,95.

Задавшись  cosφk из этого промежутка, определяют  tgφ к.

Принимается cosφk = 0,95, тогда tgφ к = 0,33.

 кВар.


Окончательно выбираем установку компенсации реактивной мощности с номинальной мощностью 90 квар. Устанавливаем КРМ -0,4-90 УЗ.

Определяются фактические  значения и после компенсации реактивной мощности:

;

.

 

Результаты расчетов сводятся в «Сводную ведомость нагрузок» .

 

Таблица 9 – Сводная  ведомость нагрузок

Параметр

, кВт

, кВар

, кВА

Всего на НН без КУ

0,6065

1,31

448,8

623,272

768,04

КУ

      

150

  

Всего на НН с КУ

0,95

0,33

448,8

473,272

652,23

Потери 

    

15,36

7,68

17,17

Всего ВН с КУ

    

464,16

480,95

668,39


 

Определяется расчетная  мощность трансформатора с учетом потерь:

 кВт;

 кВар;

 кВА;

 кВА.

 кВт;

 кВар;

кВА.

Был выбран трансформатор  ТМ 160/10

,

 где   Кз – коэффициент загрузки трансформатора;