Электрические нагрузки

Энергетика как отрасль промышленности обладает рядом особенностей, резко выделяющих энергетическое производство из других отраслей промышленности.

Важнейшая особенность энергетики заключается в том, что производство электроэнергии, ее транспорт, распределение и потребление осуществляются в один и тот же момент времени. Эта особенность превращает всю систему производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, в котором системой электроснабжения называют совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. Под электроустановками понимают совокупность электрооборудования (вместе с сооружениями и помещениями, где оно находится), предназначенного для производства, распределения, преобразования и потребления электроэнергии.

Система электроснабжения промышленных предприятий обеспечивает электроэнергией промышленные электроприемники, к которым относят: силовые, подъемно-транспортные, осветительные, электротермические, преобразовательные и другие электроустановки.

Основным назначением сети напряжением до 1 кВ на промышленных предприятиях является распределение электроэнергии внутри цехов и непосредственное питание большинства электроприемников, преобразующих электроэнергию в другие виды энергии.

Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением ТП, ЭП и вводов питания, расчетной мощностью, требованиями бесперебойности электроснабжения, технико-экономическими соображениями, условиями окружающей среды.

1. Характеристика приемников (режимы работы, категории потребителей)

Таблица 1

2. Определение расчетной мощности и нагрузок

Определение расчетных электрических нагрузок.

В схеме электроснабжения распределение выполняются по магистральной схеме.

Приемники электроэнергии распределяются по шинопроводам (ШРА, СП) ШРА-1

Электроприемник: № 1 количество 3 шт., № 3 количество 1 шт., № 5 количество 1 шт., № 7 количество 1 шт., № 9 количество 1 шт., № 11 количество 2 шт., № 12 количество 1 шт., № 14 количество 2 шт., № 16 количество 1 шт. № 17 количество 2 шт., № 18 количество 1 шт.

Итого 16 шт.

ШРА-2

Электроприемник № 1 количество 2 шт., № 2 количество 2 шт., № 4 количество 1 шт. № 6 количество 1 шт., № 7 количество 1 шт., № 8 количество 2 шт., № 11 количество 2 шт., № 13 количество 1 шт., № 14 количество 1 шт., № 15 количество 1 шт., № 18 количество 2 шт.

Итого 16 шт.

ШРА-3

Электроприемник № 1 количество 2 шт., № 3 количество 1 шт., № 5 количество 1 шт. № 7 количество 1 шт., № 9 количество 2 шт., № 10 количество 1 шт., № 11 количество 1 шт., № 13 количество 1 шт., № 14 количество 2 шт., № 17 количество 2 шт., № 18 количество 3 шт.

Итого 17 шт.

Производим расчет:

Активная мощность Гр1, ?Рн = 99,615 кВт.,

Гр2, ?Рн =98,1 кВт.,

Гр3, ?Рн =99,97 кВт.

Групповая номинальная реактивная мощность — алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей, входящих в группу ЭП;

Гр1. Qн = ?Рн*tgц= 99,615*0.94= 94,6 кВт Гр2. Qн = ?Рн*tgц = 98,1*0.94= 93,195 кВт Гр3. Qн = ?Рн*tgц = 99,97*0.94= 94,97 кВт

tgц — коэффициент реактивной мощности для метало-обрабатывающих станков.

Групповая средняя активная мощность;

Рс = К_и *?Рн К_и - коэффициент использования металлообрабатывающих станков Гр1. Рс = К_и *?Рн=99,615*0,25= 24,9 кВт Гр2. Рс = К_и *?Рн=98,1*0,25= 24,5 кВт Гр3. Рс = К_и *?Рн=99,97*0,25= 24,99 кВт Групповая средняя реактивная мощность;

Qс = Рс * tgц Гр1. Qс = Рс * tgц =24,9 *0,94= 23.4кВт Гр2. Qс = Рс * tgц =24,5 *0,94=23.03 кВт Гр3. Qс = Рс * tgц =24,99 *0,94=23.5 кВт Для нахождения количества эффективных приемников существует условия.

1) Если m < 3 Тогда nэ = n

2) Если m > 3 и Ки < 0.2 что в данном расчете совпадает с расчетом то решение будет. Для n* находим число наибольших ЭП в группе, каждый из которых имеет мощность не менее половины наибольшего по мощности ЭП данной.

3) Если m > 3 и К_и * > 0.2 nэ в расчете совпадает с условием 3.

Решение.

Количество приемников — 16

Рмин /Рмакс =0,6 /19,45

Определим групповой коэффициент использования К_и

К_и = 0.25

Определяем эффективное число электроприемников по выражению для нахождения количества эффективных приемников существует три условия, нашего случая подходит первое, тогда m>3 и К_и > 0,2 тогда применяется:

n_э

Гр1.n_э = 2 * 99,615 / 19,45 = 10,2

Гр2. n_э = 2 * 98,1 / 11,125 = 17,6

Гр. 3 n_э = 2 * 99,97 / 12,925 = 15,4

Принимаем:

Гр1.n_э =10,

Гр2.n_э = 18,

Гр3.n_э =15

По таблице 4.6 выбираем коэффициент максимума К_р

Гр1. К_р = 1,39

Гр1. К_р = 1,19

Гр1. К_р = 1,25

Находим расчётную активную мощность;

Р_р = К_р * Р_с

Гр. 1. Р_р = 1,39 * 24,9 = 34,6 кВт;

Гр. 2. Р_р = 1,19 * 24,5 = 29,2 кВт;

Гр. 3. Р_р = 1,25 * 24,99 = 31,2 кВт.

Находим расчётную реактивную мощность;

Q_р = К_р * Q_с

Гр. 1. кВт Гр. 2. кВт Гр. 3. кВт Найдём полную мощность;

Гр. 1. кВт;

Гр. 2. кВт;

Гр. 3. кВт.

Найдем расчетный ток;

Гр. 1. A;

Гр. 2. A;

Гр. 3. A.

Определим итог по цеху:

кВт Коэффициент использования Рном. мин = 0,6 кВт. Рном. макс= 19,45 кВт Далее:

определим эффективное число ЭП по условию по табл 4,7 при n_э = 30 и К_и = 0,25 определяем Км = 1,05

Расчет активной нагрузки

кВт При n_э? 10 Q_р = 1,1Q_c

При n_э > 10 Q_р = Q_c — что подходит к нашему решению.

Расчет реактивной нагрузки

кВт Рассчитаем полную нагрузку цеха;

Найдем расчетный ток по цеху.

Результаты расчета итогов средних нагрузок, показанные в таблице 3.

3. Расчёт нагрузок осветительных приёмников

Н — высота цеха = 8 м.

Высота рабочей поверхности h_р= 0,8

Расстояние светильника от перекрытия h_с= 1,2 м.

Расчётная высота h = H — h_p — h_c = 8 — 0.8 — 1.2 = 6 м.

Размеры помещения, А = 61 м. В = 31 м, Е_н = 200 лк. К_з = 1,5

Коэффициент отражения:

Бетонный потолок Q_ст = 30%

Красный кирпич отштукатуренный Q_ст = 10%

Пол Q_ст = 10%

Применяем лампы ДРЛ — 400 в светильниках РСП 05/Г03 (типовая кривая силы света — глубокая) Где L_a — расстояние между светильниками.

м.

По рекомендованному соотношению для расположению светильников L_a/L_b = 1.5 =>L_B=5 м.

Определяем количество светильников в рядах:

Расчёт нагрузок осветительных приёмников Определяем установочную мощность освещения;

Р_Н — установочная мощность приёмника.

Определяем расчётную мощность на освещение К_С — коэффициент спроса К_ПРА — потери мощности в пусковой аппаратуре.

Определим полную мощность цеха с учётом освещения;

4. Расчет и выбор параметров схемы

Выбор числа и мощности трансформаторов цеха. Расчетная нагрузка без учета компенсирующих устройств:

Sp. = 127,7 кВА Расч. ток Определение расчетной мощности.

Число трансформаторов определяется по формуле:

Выбираем трансформатор в количестве одной единицы мощностью 100 кВА типа ТМ-100/10/0,4 (?Р_х.х. = 0,4 кВт; ?Р_к.з. = 2,27 кВт;

U_к.з. = 4,5%; I_x.x. = 2,6%)

Определяем коэффициент загрузки трансформатора:

В нормальном режиме Расчет и выбор параметров схемы При аварийном режиме Далее определяем экономически целесообразный режим, для чего находят;

Реактивная мощность холостого хода трансформатора

Реактивную мощность потребляемую ТР. при номинальной паспортной нагрузке:

Приведённые потери мощности холостого хода трансформатора, учитывающие потери в самом трансформаторе и в элементах системы, создаваемые им в зависимости от реактивной мощности, потребляемой трансформатором;

Где К_И.П — коэффициент изменения потерь Приведённые потери мощности в одном трансформаторе Соответственно для двух трансформаторов;

электроснабжение нагрузка мощность трансформатор

5. Выбор питающих кабелей для шинопроводов и распределительные провода

Расчет токов Для выбора сечения проводов, питающих оборудование от шинопровода или СП необходимо знать расчетные токи.

Для приемников, имеющих в своем составе двигатели расчетный ток определяется:

Для выбора сечения проводов, питающих оборудование от шинопровода или СП необходимо знать расчетные токи. Для приемников, имеющих в своем составе двигатели расчетный ток определяется:

где cosц_H,з_H — данные приводного двигателя Пусковой ток (действующее значение):

= 4,7* 11,125= 96,91 (А) Расчет для остальных аналогичен с результатами в таблице 4

Выбираются типы шинопроводов.

ШРА-1 I_p =72.2A,

ШРА-2 I_p =60,9A,

ШРА-3 I_p =65,2A,

Следовательно выбираем шинопровод типа: ШРА 73 с I_НОМ = 250А.

Выбор сечений кабельной линии к шинопроводу По нагреву длительно допустимым током нагрузки:

снаружи здания — кабельной эстакаде;

внутри здания — по стенам на скобах.

Выбор питающих кабелей для шинопроводов

Ток номинальный на узле:

ШРА 1, Iн = 72,2 А.,

ШРА 2, Iн = 60,9А.,

ШРА 3, Iн = 65,2А.,

Определяем марку и сечение кабеля по ПУЭ.

На основании расчетного тока выбираем кабель ААБ 3 X 70+1 X 25

Для которого I_ДЛ.ДОП =165А По потери напряжения в линии определяем по формуле? U_доп = 5%

L — длина линии в метрах; у — удельная проводимость алюминия, у =31,7 m/(Om*mm2); Uh — номинальное напряжение сети, kB; F — сечение проводника, мм².

1 кл.

2 кл.

3 кл.

Остальные расчеты сведены в таблицу 5

Выбор кабелей

Ответвления от ШРА к приёмникам выполняется кабелем АППВ с прокладкой в тонкостенных стальных трубах в полу. Определяем марку и сечение кабеля по ПУЭ Выбираем провод для прокладки в трубе — АППВ 4X8 где Iдл. доп = 37 А.

Проверка выбранных сечений по потерям напряжения.

Выбранное сечение проверяют по потере напряжения. Нормированных значений для потери напряжения не установлено. Однако, зная напряжение на шинах источника питания и подсчитав потери напряжения в сети, определяют напряжение у потребителей. При необходимости поддержания напряжения у потребителей в узких пределах решается вопрос о способах регулирования напряжения.

Потери напряжения в линии определяем по формуле: ?Uдоп = 5%

Для остальных расчет аналогичен Результаты проверки приведены в таблице 6. Потери составляют менее 5%, что удовлетворяет требованиям ГОСТа.

Выбор проводов

6. Расчет токов К.З. в сетях 0,4 кВ

Для расчетов токов К.З. составляется расчетная схема и схема замещения, на которой указывается параметры элементов сети, т. е. длины линий, их марка сечения, удельные сопротивления и данные трансформатора. На схеме замещения указывается значения сопротивлений элементов сети Решение Расчет токов КЗ производим в именованных единицах.

Исходные данные: система С: Sk = 400 мВа;

Сопротивление системы Активное сопротивление трансформатора:

Трансформатор — ТМ-100/10/0,4, 11н ВН = 10,5 кВ; Uh НН = 0,4 кВ; Рк. ном = 2,27 кВт; ик = 4,5%;

Активное сопротивление трансформатора:

Индуктивное сопротивление трансформатора:

Автоматический выключатель серии ABM 15H: Rkb = 0,14 мОм;

Хкв = 0,07 мОм.

Шинопровод Rpy = 0,21 мОм /м; Хш = 0,21 мОм;

автоматический выключатели ШРА-1 Серии АВМ ЮН: Rkb = 0,25 мОм; Хкв = 0,11 мОм ШРА-2 Серии АВМ ЮН: Rkb = 0,25 мОм; Хкв = 0,11 мОм ШРА-3 Серии АВМ ЮН: Rkb = 0,25 мОм; Хкв = 0,11 мОм Кабельная линия ШРА-1: ААБ 3 X 70+1 X 25 где

RKa61 = 0,48 мОм /м; Хкаб1 = 0,06 мОм; L = 10 м.

Кабельная линия ШРА-2: ААБ 3 X 70+1 X 25 где

RKa62 = 0,48 мОм /м; Хкаб2 = 0,06 мОм; L = 20 м.

Кабельная линия ШРА-3: ААБ 3 X 70+1 X 25 где

R_каб3 = 0,48 мОм /м; ХкабЗ = 0,24 мОм; L = 30 м.

Шинопровод:

Rш-h1 = 0,21 мОм /м; Хш-н1 = 0,21 мОм; L = 24 м

Rш-h2 = 0,21 мОм /м; Хш-н2 = 0,21 мОм; L = 24 м

Rш-h 3 = 0,21 мОм /м; Хш-нЗ = 0,21 мОм; L = 24 м Кабельная линия к станку № 1: АППВ 4X8 где

Rk.1 = 3,33 мОм /м;

Хк.1 = 0,07 мОм;

L = 1 м Кабельная линия к станку №:2 (1) АППВ 4 X 2,5 где

Rk.2 = 13,5 мОм /м;

Хк.2 = 0,09 мОм;

L = м Кабельная линия к станку № 2 (2): АППВ 4 X 2,5 где

Rk 2= 13,5 мОм /м;

Хк.2 = 0,09 мОм;

L = 1 м Суммарное реактивное сопротивление: К-1

Х??к=Хс + Хт + Хкв + Хру=0,40 + 62,2 + 0,07 + 0,21 =62,8 мОм.

Суммарное активное сопротивление К-1 равно:

R?к1= Rт + Rkb + Rpy = 36,32 + 0,14 + 0,21 = 36,7

Ток короткого замыкания в точке К-1:

Ударный ток в точке К-1:

I_уд.мах =

Для нахождения максимального значения ударного тока определим отношение:

По кривым рис. 6.2. находим значение ударного коэффициента:

К_уд = f (X?/R?),

принимаем К_уд =1,2

Аналогично рассчитываем ток КЗ в других точках цеховой сети, при этом учитываем сопротивления шинопроводов, кабельных линий и переходные сопротивления контактов автоматических выключателей. Ниже приведена схема замещения для расчетов токов КЗ.

Таблица 7

Таблица 8

7. Выбор и проверка коммутационной аппаратуры на напряжение 0,4 кВ

Выбор автоматических выключателей. Выберем автоматический выключатель. Был выбран автомат типа АВМ10Н с U_н=0,38 кВ; I_Н=1500А; I_н.откл = 42 кА. Условия его выбора: по номинальному напряжению;

по номинальному длительному току.

Условия проверки выбранного выключателя: 1. проверка на отключающую способность. Проверка на отключающую способность:

Выбранный автомат проходит по условию проверки.

Для выбора автоматов, защищающих сети 0,4 кВ.

требуется найти ток расцепителя.

ШРА-1

lp = 38,5A

Iпик. = in max + (lp-Kn Ih max) = 68,1 +(38,5−0,25* 19)= 101,7 А

Iрасц. = (1,25/1,35) Iпик = 1,25*101,7 = 127,1 А

In = Кп * Ih max = 3,5 * 19,45 = 68,1 А выбираем автомат ABM 10Н

Uн.ав>Uн.с 380 = 380

Iн.ав>Iр 1000 > 68,1

Ih.ot>Ik 20 > 3,15

Iдл.доп ? I уд 42 > 5,4

Как видно из расчета автомат удовлетворяет полностью условиям.

Заключение

Схема цеховой цепи представляется радиальной, обеспечивает необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в механическом, Электроремонтном и в заготовительном отделении, и как и единственную удовлетворяющую требованиям надёжности электроснабжения.

Далее были рассчитаны токи КЗ, выбрано и проверка коммутационной аппаратуры на напряжение 0,4 кВ.

Распределено и принято так, как безопасная и удобная в эксплуатации; Расчетная нагрузка цеха S_P = 134,7 кВт.

Электроснабжение цеха предусмотрено от ТП с трансформатором ТМ-100/10/0,4.

Питающая сеть выполнена кабелями типа ААБ, положенными открыто по стенам на скобах. Электроснабжение станков предусмотрено от шинопроводов типа ШРА, СП. Распределительная сеть выполнена кабелями АППВ. Питание осуществляется по кабелям, проложенным в трубах полу Защита питающей сети предусмотрена автоматическими выключателями типа ABM 15Н, ABM ЮН.

Защита распределительной сети предусмотрена предохранителями типа НПН-2−100.

Библиографический список

Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Под общ. ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. В 2-х кн. Кн. 1. Проектно-расчетные сведения. М.: «Энергия», 1973

Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Под общ. ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. В 2-х кн. Кн. 2. Проектно-расчетные сведения. М.: «Энергия», 1973

Федоров А.А., Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1987

Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. — 6-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985

4. Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.:Высш.школа 1981, 376 с

5. Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов. М.: Изд-во «Мастерство», 2001, 320 с.

6. Справочник по проектированию электроснабжения. /Под редакцией А. Н. Барыбина: Энергоатомиздант, 1991.

7. Нормативное устройство и эксплуатация электрических установок. Нормативно-технический сборник. Барнаул, 2002. 976 с.