Расчет электрической нагрузки.

ВВЕДЕНИЕ

Системы электроснабжения являются одним из важнейших компонентов систем жизнеобеспечения. Эти системы превратились в самостоятельную область электроэнергетики, и вопросы их эффективного функционирования имеют важное народнохозяйственное значение.

Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. Она является составной частью электроэнергетической системы, осуществляющей единый процесс производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии. Общность и различие систем электроснабжения обусловлены характером производства, его технологическими процессами. В любой системе электроснабжения непосредственными потребителями электрической энергии являются электроприемники (аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии) или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории. Они разделяются на три категории.

Для электроприемников первой категории не допускается перерывов в электроснабжении; для электроприемников второй категории допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной бригадой; для электроприемников третьей категории допускаются перерывы в электроснабжении, вызванные аварией или ремонтом, на время, не превышающее одних суток.

Распределительные сети систем электроснабжения по структуре построения могут быть радиальными, магистральными и смешанными. Магистральные схемы являются относительно дешевыми, но малонадежными, радиальные же надежнее, но стоят гораздо дороже. Поэтому системы электроснабжения обычно содержат элементы радиальных и магистральных схем, т. е. являются смешанными, причем сложность схемы определяется категорией электроприемников и суммарной электрической нагрузкой электрифицируемого объекта.

Особенностью систем электроснабжения промышленных предприятий является компактность расположения электроприемников, значительная мощность отдельных из них и, в связи с этим, глубокий ввод напряжением 110-220 кВ, большое количество электроприемников первой категории, применение мощных трансформаторов, кабельных линий большого сечения и различных токопроводов.

Характеристика приемников электроэнергии и определение категории электроснабжения.

Таблица 1- Перечень ЭО ремонтно-механического цеха

№ на плане	Наименование электрического приёмника	Р_{эп, кВт}	Примечание
1, 31, 42	Краны мостовые		ПВ=25%
2, 3, 14	Станки продольно-строгальные
15...17	Станки плоско-шлифовальные	4,5	1-фазные
4...8, 32…35, 39…41	Станки токарно-револьверные	8,5
9…13	Станки токарные
18, 19	Станки вертикально-сверлильные		1-фазные
	Станок расточный	9,5
21, 22	Станки фрезерные	4,8
23, 24	Станки радиально-сверлильные	12,2
	Электрическая печь сопротивления
26, 27	Электрические печи индукционные
28…30	Печи электродуговые
36, 37, 38	Вентиляторы	4,5

Электроснабжение объекта может осуществляться от собственной электростанции, энергетической системы при наличии собственной электростанции.

Требования, представляемые к надёжности электроснабжения от источников питания, определяются потребляемой мощностью объекта и его видом.

Приёмники электрической энергии в отношении обеспечения надёжности электроснабжения разделяются на несколько категорий.

Первая категория – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции.

Из состава электроприёмников первой категории выделяется особая группа (нулевая категория) электроприёмников, бесперебойная работа которых не обходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования.

Вторая категория – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовым недоотпускам продукции, массовым простоям рабочих, механизмов. Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприёмников второй категории не более 30 минут.

Третья категория – все остальные электроприёмники, не подходящие под определение первой и второй категорий.

Электроприёмники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, при отключении одного из них переключение на резервный должно осуществляться автоматически. Согласно определению ПУЭ независимыми источниками питания являются такие, на которых сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках, питающих эти электроприёмники. Согласно ПУЭ к независимым источникам могут быть отнесены две секции или системы шин одной или двух электростанций или подстанций при соблюдении следующих условий:

- каждая эта секция или система шин питается от независимых источников.

- секции шин не связаны между собой или же имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций шин.

Для электроснабжения электроприёмников особой группы должен предусматриваться дополнительный третий источник питания, мощность которого должна обеспечивать безаварийную остановку процесса.

Электроприёмники второй категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых источников питания, переключение можно осуществлять не автоматически.

Электроснабжение электроприёмников третьей категории может выполняться от одного источника при условии, что перерывы электроснабжения. необходимые для ремонта и замены поврежденного оборудования, не превышают одних суток.

Электрооборудование ремонтно-механического цеха относится ко 2 и 3 категориям и могут питаться от одного источника, при условии, что перерывы электроснабжения не превышает одних суток.

Составление сводной ведомости электрооборудования.

Таблица 2 - Сводная ведомость электрооборудования

Наименование электрооборудования	Р_н , кВт	n	К_и	cosφ	tgφ
3-фазный ДР
Электрическая печь сопротивления			0,75	0,95	0,33
Электрическая печь индукционная			0,75	0,95	0,33
Электродуговая печь			0,75	0,95	0,33
Продольно-строгальные станки			0,17	0,65	1,17
Токарно-револьверные станки	8,5		0,17	0,65	1,17
Токарный станок			0,16	0,6	1,33
Расточный станок	9,5		0,17	0,65	1,17
Фрезерные станки	4,8		0,16	0,6	1,33
Радиально-сверлильные станки	12,2		0,16	0,6	1,33
Вентиляторы	4,5		0,6	0,8	0,75
3-фазный ПКР
Краны мостовые	7,5		0,1	0,5	1,73
1-фазный ДР
Вертикально-сверлильные станки			0,16	0,6	1,33
Плоско-шлифовальные станки			0,17	0,65	1,77

Расчет электрической нагрузки.

Расчет однофазных нагрузок

Определим расчетную нагрузку силового щита СЩ-2 сварочного отделения, создаваемую однофазными электроприемниками, включенными на фазное напряжение сети 380/220В.

На фазное напряжение включены:

Электропечь сопротивления двухкамерная со щитом управления и печным трансформатором: К_и=0,55, cosj=0,85; tgj=0,62; n=2. Номинальная мощность печи: Р_н=19 кВт.

Муфельная печь: К_и=0,55, cosj=0,85; tgj=0,62; n=5. Номинальная мощность печи: Р_н=2,2 кВт.

Сушильный шкаф электрический: К_и=0,55, cosj=0,85; tgj=0,62; n=1. Номинальная мощность шкафа: Р_н=2,2 кВт.

Расчет ведется по форме Ф-636-92.

Находим расчетную активную нагрузку.

Электрические нагрузки ЭП однофазного тока должны быть распределены равномерно по фазам. Однофазные ЭП, включенные на фазное и линейное напряжения и распределенные по фазам с неравномерностью Рнф не выше 15 % по отношению к общей мощности трехфазных и однофазных ЭП в группе, учитываются как трехфазные ЭП той же суммарной мощности. Если неравномерность превышает 15 %, то расчетная нагрузка принимается равной утроенной величине наиболее загруженной фазы.

Произведем распределение нагрузок по фазам: одна электропечь сопротивления двухкамерная будет питаться от фазы А, другая – от фазы С, а пять сушильных шкафов и муфельная печь – от фазы В. Тогда фазы будут загружены следующим образом:

Фаза А Р_р.А=19 кВт;

Фаза В Р_р.В=2,2×5+2,2×1=13,2 кВт;

Фаза С Р_р.С=19 кВт.

Определяем расчетные реактивные нагрузки однофазных электроприемников:

Q_р.А= Р_р.А×tgj=19×0,62=11,78 кВАр;

Q_р.В= Р_р.В×tgj=13,2×0,62=8,184 кВАр;

Q_р.С= Р_р.С×tgj=19×0,62=11,78 кВАр.

Для дальнейшего расчета необходимо учесть утроенное значение наиболее загруженной фазы (А) в расчете трехфазных нагрузок как мощность одного трехфазного потребителя.

Следовательно:

Р_р=К_р×3×P_max_ф=1,0×3×19=57 кВт. (3.1)

Находим расчетную реактивную нагрузку:

Q_р=1,1×3× Q_max_ф =1,1×3×11,78=12,958 кВАр. (3.2)

Определяем полную расчетную мощность:

. (3.3)

Расчетный ток:

. (3.4)

Расчет трехфазных электрических нагрузок

Расчет ведется по методу коэффициента расчетной нагрузки.

Определяем нагрузку силового щита СЩ-3 кузнечного отделения, от которого питаются следующие электроприемники:

Молот пневматический: К_и=0,25, cosj=0,88; tgj=0,54; n=3. Номинальная мощность: Р_н= 10 кВт.

Обдирно-точильный станок: К_и=0,25, cos=0,84; tgj=0,646; n=2. Номинальная мощность станка: Р_н= 2,8 кВт.

Вентилятор: К_и=0,65, cosj=0,86; tgj=0,593; n=1. Номинальная мощность: Р_н= 4,5 кВт.

Кран-балка электрическая подвесная: К_и=0,06, cosj=0,86; tgj=0,593; ПВ=25%; n = 1. Номинальная мощность: Р_н= 4,5 кВт.

Последовательность вычислений сохраняется.

1. Расчет выполняется по форме Ф 636-92.

2. Узел питания – СЩ-3.

3. Определение суммарной мощности электроприемников:

, (3.5)

где ni – количество соответствующих электроприемников;

Pнi – номинальная мощность соответствующих электроприемников.

Приводим мощность кран-балки к ПВ=100%:

кВт.

4. Определяем нагрузки за наиболее загруженную смену:

Р_см=К_и×n·Р_н; (3.6)

Q_см=Р_см×tgj. (3.7)

1) Для молота пневматического:

Р_см=0,25×(10×3)=7,5 кВт;

Q_см=7,5×0,54=4,05 кВАр.

2) Для обдирно-точильного станка:

Р_см=0,25×2,8=0,7 кВт;

Q_см=0,7×0,646=0,4522 кВАр.

3) Для вентилятора:

Р_см=0,65×(1×4,5)=2,925 кВт;

Q_см=2,925×0,593=1,7345 кВАр.

4) Для кран-балки электрической подвесной:

Р_см=0,06×(1×2,4)=0,144 кВт;

Q_см=0,144×0,593=0,0854 кВАр.

5. Определяем групповой коэффициент использования:

, (3.8)

где кВт – суммарная сменная нагрузка.

6. Определяем:

(3.9)

7. Находим эффективное число электроприемников:

(3.10)

Принимаем целое меньшее число n_э=5.

8. Коэффициент расчетной нагрузки (К_р) в зависимости от К_и=0,282 и n_э=5 составляет К_р=1,417.

9. Находим расчетную активную нагрузку:

Р_р=К_р×Р_см=1,417×11,969=16,96 кВт. (3.11)

10. Находим расчетную реактивную нагрузку:

Q_р=1,1×К_и×Р_н×tgj=1,1×6,774=7,452 кВАр. (3.12)

11. Определяем полную расчетную мощность:

. (3.13)

12. Расчетный ток:

. (3.14)

Расчет электрических нагрузок по цеху

Расчет нагрузки по цеху ведется аналогично расчету трехфазной нагрузки. Электроприемники группируются по характеру нагрузки.

определяется по формуле:

. (3.15)

Расчет электрической нагрузки освещения

Рассчитаем по удельной мощности осветительную установку для кузнечного отделения. Размеры помещения следующие: A = 11 м; B =10 м; h = 10,8 м. Освещение выполняется газоразрядными лампами типа ДРЛ. Значения коэффициентов отражения: r_п= 0,5; r_с = 0,3; r_р = 0,1. Минимальная освещенность – E_min = 200 лк.

Намечаем к установке 4 светильника типа СЗ4ДРЛ. Принимаем значение удельной мощности W = 15 Вт/м². При S = АхВ = 110 м² и количестве светильников N = 4 мощность каждой лампы рассчитывается по формуле:

Вт. (3.16)