Расчет электрических нагрузок цеха и разработка графиков

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Разработал:

преподаватель специальных дисциплин

Сучкова И.А,

_______________(подпись)

ОДОБРЕНА Составлена в соответствии с

Предметной (цикловой) Государственными требованиями

комиссией к минимуму содержания и уровню

подготовки выпускника по

специальности

Председатель:

Сучкова И.А.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Развитие электроэнергетики в России и ее перспективы.

2.2 Характеристика, цеха и потребителей электроэнергии.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет нагрузок цеха, разработка графиков

2.2 Выбор числа и мощности трансформаторов на ТП

2.3 Выбор схемы ТП

2.4 Расчет токов К.З.

2.5 Выбор оборудования ТП по режиму К.З.

2.6 Выбор схемы электроснабжения цеха

2.7 Расчет сетей цеха

2.8 Коммутация и защита сетей

2.9 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

2.10 Расчет заземляющего устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Развитие электроэнергетики в России и ее перспективы

(объем 1.2 стр.)

1.2. Характеристика цеха и потребителей электроэнергии

(объем 1.2 стр.)

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Расчет электрических нагрузок цеха и разработка графиков

Расчет нагрузок ведем методом коэффициента спроса. Этот метод применяется, когда цех имеет много потребителей, и отдельные крупные потребители не влияют на пусковые токи.

Таблица 2 Расчет нагрузок цеха

Величины ПВ, cos φ, К_с выбираем из справочника.

Для всех потребителей кроме кранов, сварочного оборудования, лебедок (транспортеров)

Р_н=Р_п (1)

Для кранов и тельферов Р_н находим по формуле:[2,с.26]

(2)

где Р_п - паспотрная активная мощность двигателя, кВт.

Для сварочного оборудования:

Расчетная нагрузка Р_max по формуле: [2,c.103]

Р_max= Р_н · К_с, (3)

где К_с – коэффициент спроса;

Р_max – максимальная активная мощность, кВт.

Производим расчет Р_max по формуле (3) и заполняем таблицу 2.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.

На основании режима работы насосной станции составляем таблицу нагрузок по часам суток.

Таблица 3 Нагрузки Р_н по часам суток.

На основании таблицы 3 составляем суточный график потребителей.

Рисунок 1 – Суточный график потребителей.

Определяем потери мощности и строим графики потерь.

Постоянные потери ΔР_пост не зависят от нагрузки и составляют 1% от максимальной мощности Р_max

Р_max – максимальное значение мощности из таблицы 3.

ΔР_пост= , (4)

Переменные потери зависят от нагрузки и составляют 5% от Р_max. Потери определяем по формуле: [2, с.112]

ΔР_перем1= , (5)

где ΔР_перем – переменные потери мощности, кВт;

Р_max – нагрузка на каждые 2 часа суток, кВт.

Постоянные потери- это потери на нагрев железа трансформатора (или потери в стали) Переменные потери- это потери на нагрев обмоток трансформатора и проводов эл. сети (потери в стали).

Суммируем постоянные и переменные потери с помощью потребителей по часам суток (на основании результатов таблицы) и строим график подстанции.

ΣР= Р_max+ ΔР_перем+ ΔР_пост, (6)

На основании суточного графика производим расчет и строим годовой график активной мощности подстанции.

Определяем число рабочих часов.

Работа ведется в смены. Количество дней в году 365, учитываем, что 114 дней нерабочие (выходные и праздники), переводим в часы.

часов

Расчет нагрузки в году.

Определяем годовое количество часов для каждой нагрузки.

Итоговая нагрузка в году составляет всего 8760 часов.

На основании расчетов строим годовой график подстанции.

Рисунок 2 – Годовой график подстанции.

2.2 Выбор числа и типа силовых трансформаторов

Категория электроснабжения , поэтому выбираем трансформатора .

Мощности трансформаторов выбираем с учетом графика нагрузки в следующей последовательности:

1. Находим среднесуточную мощность по формуле: [2, с.99]

Р_ср.сут.= , (7)

где А_сут – площадь суточного графика, кВт час

А_сут=ΣР t, (8)

1. Определяем коэффициент загрузки или коэффициент заполнения графика по формуле: [2, с.100]

К_н=К_з.г.= , (9)

где Р_max берется из суточного графика.

3.По суточному графику подстанции снимаем t_max в часах – это время использования максимальной нагрузки в сутки: t_max=ч, по годовому графику t_max= ч

4. По величинам коэффициента заполнения графика К_з.г.=и времени использования максимума t_max= ч по кривым кратности допустимых нагрузок трансформатора находим коэффициент перегрузки

5. Определяем активную мощность трансформатора по формуле: [2, с.113]

Р_тр= , (10)

где Р_тр – активная мощность, кВт;

Р_max – максимальная мощность по годовому графику подстанции, кВт.

6. Определяем средневзвешанный коэффициент мощности нагрузки cosφ_ср.взв по формуле: [2, с.114]

cosφ_ср.взв= , (11)

Вначале по коэффициенту мощности каждой нагрузки и тригонометрической таблице определим тангенс каждой нагрузки.

(взято для примера)

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Определим реактивную мощность для каждой нагрузки:

;

;

И т.д.

Определим сумму реактивных мощностей всех нагрузок цеха

cosφ_ср.взв=

По сosφ определяем tgφ =

Определяем реактивную мощность трансформатора Q_тр по формуле:

[2, с.92]

Q_тр=Р_тр tgφ, (12)

Определяем полную мощность трансформатора S_тр по формуле:

[2, с.92]

S_тр= , (13)

где S_тр – полная мощность, кВА

По величине S_тр выбираем трансформатора мощностью кВА.

Их общая мощность S_н= кВА> кВА. Поэтому видно, что трансформатор

сможет пропустить всю мощность.

Проверяем по допустимой перегрузке в послеаварийном режиме.

Отсюда видно, что трансформатор сможет пропустить потребляемую мощность,

при отключении одного из трансформаторов. Коэффициент 1,4 учитывает допустимую предельную перегрузку в послеаварийном режиме.

Из справочника выбираем два силовых трансформатора 10/0,4кВ и его данные заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Характеристики трансформатора

Т. к. цех обработки древесины относится к потребителю категории, то на подстанции устанавливаем трансформатора. Мощность каждого из них выбирается равной 0,65-0,7 от суммарной номинальной мощности подстанции. Данное условие при выборе трансформатора выполняется.

При аварийном выходе одного их трансформаторов из стоя, электроснабжение потребителей допускается от одного трансформатора за счёт перегрузки его до 140% в течении 5 суток (не более 6 часов в сутки). Это условие при выборе мощности трансформатора мною учитывалось и выполняется.

2.3 Выбор схемы трансформаторной подстанции

(приведено для примера)

По типу предприятия, числу и мощности трансформаторов выбираем КТП 2х1000.

На вводах распределительного устройства по высокой стороне 10 кВ устанавливаем масляные выключатели, предназначенные для оперативной и аварийной коммутации. Масляные выключатели характеризуются тем, что гашение возникающей при разрыве электрической дуги происходит путем ее эффективного охлаждения в потоке газовой смеси, вырабатываемой дугой в результате разложения и испарения масла.

Для создания видимого разрыва цепи служит разъединитель.

Для преобразования первичного напряжения 10кВ во вторичное напряжение

0,4кВ служат масляные трансформаторы ТМ-1000.

По низкой стороне 0,4 кВ ставим: трансформаторы тока, которые служит для преобразования измеряемого первичного тока во вторичный. Для этого их первичная обмотка включена в цепь измеряемого тока, а к вторичной подключены контрольно - измерительные приборы – амперметры, счетчикови (для измерения активной и реактивной энергии). Трех полюсный автоматический выключатель, предназначенный для защиты трансформатора от токов к.з. и перегрузки на шинах подстанции.

Секционный автомат предназначен для автоматического включения резерва(АВР).

Рисунок 3 – Схема подстанции.

Производим расчет питающей линии к ТП.

Для трансформатора находим ток нагрузки I_н по формуле: [2, с.151]

I_н= , (14)

где S_тр – полная табличная мощность, кВА;

U₁ –напряжение по высокой стороне, кВ.

По справочным таблицам находим экономическую плотность тока j_эк, А/мм².

Для кабеля алюминиевого j_эк=1,6А/мм²

Экономическое сечение кабеля находим по формуле: [4, с.131]

S_эк= , (15)

где S_эк – экономическое сечение кабеля, мм²

По величине S_эк выбираем стандартное сечение кабеля.

По произведенным расчетам выбираем кабель и записываем его данные в табличной форме.

Таблица 5 Технические данные кабелей.

r₀- рассчитывают по формуле:

Кабель прокладывается в траншее на глубине 0,7 метра. По строительным конструкциям с креплением скобами, сигнальная лента ярко оранжевая.

Кабель проверяем по току.

Кабель должен соответствовать условию

I_нагр I_доп;

Проверяем кабель по потере напряжения по формуле: [6, с.159]

ΔU= I_нагрℓ(r_ocosφ+х_оsinφ), (16)

где ℓ - длина питающей кабельной линии, км;

r_o – активное сопротивление, Ом/км;

х_о – реактивное сопротивление, Ом/км;

ΔU – потери напряжения в трансформаторе, В.

Определяем потери напряжения ΔU в процентном отношении:

ΔU%= , (17)

По ПУЭ кабельная линия должна удовлетворять норме по потере напряжения, не больше 5%.

Кабель подходит.

2.4 Расчет токов короткого замыкания

Так как сеть выше 1 кВ, то расчет сопротивления цепи к.з. ведем в относительных величинах, при этом учитываем только индуктивное сопротивление основных элементов.

10/0,4 кВ трансформатор на S= кВА, КЛ=км,

Питающая энергосистема S= МВА

За базисные напряжения U_б1 и U_б2 принимаем генераторное напряжение ступени трансформатора 10/0,4 кВ.

U_б1=10,5кВ U_б2=0,4кВ

Приводим схему электроустановки с указанием основных элементов и строим схему замещения (рисунок 4 и 5).

По формулам определяем сопротивление всех элементов системы.

Сопротивление сети х₁ определяем по формуле: [6, с.73]

х₁=х_*н.с , (18)

Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии х₂ по формуле: [6, с.73]

х₂=х_оℓ , (19)

где х_о – реактивное сопротивление на единицу длины линии, Ом/км.

Рисунок 4 – Схема установки

Рисунок 5 – Схема замещения

Находим индуктивное сопротивление трансформатора х₃ по формуле: [6, с.73]

х₃=х_{*б тр}= , (20)

где U_кз – напряжение короткого замыкания трансформатора из таблицы 4, %;

S_н.т – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Учитывая параллельное включение двух трансформаторов х₃=х₄

Находим результирующее сопротивление для точек К.З.

Для К-1 → х_рез=х₁+х₂,

Для К-2 → х_рез=х₁+х₂+х₃,

Производим расчет токов К.З. для точек К-1 и К-2. Для этого находим базисный ток по формуле: [2, с.82]

I_б= , (21)

Для точки К-1:

Для точки К-2:

Находим токи короткого замыкания по формуле: [6, с.82]

I_кз=I_∞= , (22)

Для точки К-1:

Для точки К-2:

Находим ударный ток по формуле: [6, с.83]

i_уд= К_уд I_кз (23)

где i_уд – ударный ток, кА;

К_уд – ударный коэффициент.

Принимаем К_уд=1,8 для цепи, когда не учитывается активное сопротивление.

Для точки К-1 →

Для точки К-2 →

Находим мощность К.З. по формуле: [6, с.72]

S_кз= , ( 24)

где S_кз – полная мощность К.З., МВА.

Для точки К-1 → S_кз=

Для точки К-2 → S_кз=

Данные по токам К.З. заносим в таблицу.

Таблица 6 Данные по расчету токов К.З.

2.5 Выбор оборудования трансформаторной подстанции

по режиму короткого замыкания

Производим выбор электрооборудования со стороны 10 кВ и со стороны 0,4кВ. Выбор аппаратов, шин и изоляторов производим по номинальным данным I_н и U_н. Аппараты 10 кВ проверяем по режиму К.З. в точке К-1, а на стороне 0,4 кВ в точке К-2.

(для примера)

1. Выключатели нагрузки 10кВ

2. Шины РУ 10кВ

3. Опорные изоляторы для шин

4. Шины 0,4кВ

5. Автомат на главном фидере 0,4кВ

6. Трансформаторы тока 0,4кВ

1. Выбор выключателей нагрузки.

- По номинальному напряжению и току U_н=10 кВ I_н= 57,8 A;

- По роду установки и конструкции;

Выбираю выключатель нагрузки и его данные заношу в таблицу.

Таблица 7. Технические данные

Проверяем по току отключения:

I_откл I_кз ,

Условие выполняется.

Проверяем на динамическую устойчивость

I_ампл i_уд,; Выключатель нагрузки динамически устойчив.

Проверяем на термическую устойчивость

, кА²с

где t – время, в течении которого допускается заводом изготовителем действия тока I_t.

Выключатель нагрузки термически устойчив.

2. Выбор шин РУ 10кВ.

Сечение шин выбираем по току. На напряжение 10кВ выбираем шины,

S= мм², I_доп= А

Выбранные шины проверяем на динамическую устойчивость по формуле: [2, с.84]

σ_расч= , (25)

где σ – динамическая устойчивость, кг/см³;

ℓ - расстояние между опорными изоляторами шинной конструкции (по ПУЭ), см;

а – расстояние между осями смежных фаз, см;

W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, см³. Определяется по формуле: [6, с.84]

W= , (26)

где b – толщина шины, см;

h – ширина шины, см.

Шины механически прочны, если выполняется условие

σ_расч σ_доп,

где σ_доп – допустимое механическое напряжение в материале шин.

По справочным данным для данного типа алюминиевых шин

σ_доп= 700 кг/см³

Условие выполняется.

Проверяем шины на термическую устойчивость.

Находим минимальное сечение шинопровода по термической стойкости по формуле: [6, с.86]

S_min= , мм² , (27)

где I_∞ - установившийся ток, кА;

t_пр – приведенное время К.З.(из справочника), сек;

С – термический коэффициент.

Находим t_пр из графика ( по величинам t, β^II)

β^II= =1,

где β – отношение начального сверхпереходного тока к установившемуся в месте К.З.

Определяем время действия К.З. по формуле:

t= t_з +t_в =0,1+1,2=1,3

где t_з – время действия защиты, сек;

t_в – время действия выключающей аппаратуры, сек.

t_пр= 1с

По формуле (27) находим минимальное сечение:

S_min<S ,

Шины термически устойчивы.

3. Выбираем опорные изоляторы для шин:

Изоляторы выбираем по номинальному напряжению U_н=10 кВ.

Выбираем изолятор типа , U_н= кВ, F_разр=кг

Проверяем на механическую нагрузку разрыва по формуле: [2, с.84]

F_расч=1,76 , кгс (28)

где F_расч – расчетное усилие на головку изолятора.

Изоляторы проверяем на разрушающее воздействие от ударного тока К.З. по формуле

F_расч ,

где 0,6 – коэффициент запаса,

F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, кгс.

Изоляторы подходят.

4. Выбор шин РУ 0,4кВ

Сечение шин выбираем по току. Находим номинальный ток по формуле:

[6, с.271]

(29)

Шины должны удовлетворять условию , поэтому

, S= мм², I_доп= А

- условие выполняется

Проверяем выбранные шины на динамическую устойчивость по формуле 25:

Проверяем шины на термическую устойчивость.

S_min<S;

Шины термически устойчивы.

5. Выбор трансформаторов тока на 0,4кВ.

Трансформаторы тока выбираю по номинальному напряжению, номинальному току, роду установки и классу точности.

Выбираю трансформатор тока ; U_н= кВ, I_н1= А, I_н2= А;S_н2= ВА, К_t= , К_д=

К_t и К_д – допустимая кратность термической и динамической стойкости.

Проверяю трансформатор тока по нагрузке вторичной цепи S_н2 S_расч ,

где S_н2 - допустимая (номинальная) нагрузка вторичной стороны трансформатора тока, ВА;

S_расч – расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока в нормальном (рабочем) режиме, ВА.

Расчетная нагрузка во вторичной цепи определяется по формуле:

[6, с.90]

S_расч2=S_пр+ (r_пр+r_к), ВА (30)

где I_н2 – номинальный ток вторичной обмотки, А;

S_пр – мощность подключаемых приборов, ВА;

r_пр – сопротивление соединительных проводов (r_пр=0,06), Ом;

r_к – сопротивление контактов (r_к=0,1), Ом.

условие выполняется.

Трансформаторы тока подходят по нагрузке по вторичной цепи.

Проверяем на термическую устойчивость по формуле:

К_t ;

I_н – из технических данных, I_∞=I_кз на низкой стороне

Условие выполняется.

Проверяем на динамическую устойчивость, должно удовлетворятся условие:

К_д

Условие выполняется. Трансформатор тока подходит.

6. Выбор автомата на главном фидере 0,4кВ.

Выбор автоматических выключателей, установленных в шкафах ввода низкого напряжения, осуществляется по номинальному току и напряжению, по роду установки.

Выбираем автоматический выключатель марки .

I_н= А , I_ампл= кА, U_н= кВ, I_t²t= кА²с

Таблица 8 Технические данные предохранителей

Проверяем на динамическую устойчивость

I_ампл i_уд;

Условие выполняется.

Проверяем на термическую устойчивость

I_t² t I_∞² t_пр;

Автомат подходит.

2.6 Выбор схемы электроснабжения цеха

Вычерчиваем схему электроснабжения цеха с учетом схемы 0,4 кВт выбранной подстанции.

В качестве схемы электроснабжения выбираем наиболее распространенную

на практике «смешанную» электрическую схему, в которую входят магистральные и радиальные (фидерные) линии. Такое решение принимаем в целях наиболее рационального использования проводникового материала (шинопроводов, кабелей и проводов) при дальнейшем удобстве в эксплуатации, обслуживании и ремонте электрических сетей цеха и оборудования.

Таким образом крупные и ответственные потребители получают питание по радиальной схеме электроснабжения, прочие – по магистралям.

Фидер 1–

Фидер 2-

Фидер 4 -

Фидер 5 -

Фидер 6- питает специальные станки

Фидер 7–

По мощности потребителей выбираем электродвигатели, их данные заносим в таблицу.

Таблица 9 Данные электродвигателей

Тип потребителя	Тип двигателя	Рп, кВт	п, Об/мин	,%	Cos	Iп/Iном
Деревообрабатывающие станки
Специальные станки
Краны и тельферы
Компрессоры
Вентиляторы, кондиционеры
Насосы, гидравл. электрооборудование
Транспортеры
Сушилка и нагреватели
Металлорежущие станки

2.7 Расчет сетей цеха

Расчет сетей цеха ведем по номинальному току электроприемника по формуле

- для электродвигателей

I_н= , (31)

где η – КПД данного типа двигателя, величина безразмерная.

- для РЩ по формуле:

I_н= , (32)

Для сетей освещения применяем четырехжильные кабели. До РЩ прокладываем кабели в коробе, от РЩ- в полу по трубам.

Находим токи и подбираем кабеля к оборудованию.

Параметры кабеля определяем из условия I_доп I_н.

Данные расчетов сводим в таблицу.

Таблица 10 Данные кабелей

2. 8 Коммутация и защита сетей

Принимаем решение об установке необходимой коммутационной и защитной аппаратуры. Это автоматические выключатели для распределительных щитов и потребителей. Автоматические выключатели снабжаются специальным устройством релейной защиты, которое в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты. Для этого используются тепловые и электромагнитные реле, Эти реле называют расцепителями. Выбираем автоматы по справочнику и данные сводим в сводную таблицу 11.

Таблица 11 Технические данные автоматов

2.9 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

Повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повыше­ния КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Повышение коэффициента мощности на 0,01 в масштабе страны дает воз­можность дополнительного полезного отпуска электроэнергии в 500 млн. кВтч в год. Потре­бители электроэнергии, например, асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждают­ся как в активной, так и в реактивной мощностях, которые вырабатываются, как правило, син­хронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям.

Принимаем решение о повышении cosφ с cosφ_ср.вз. = 0,72 (определен в п.2.2) до норм ПУЭ cosφ = 0,95, задается энергосистемой.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие группы:

1. Не требующие применения компенсирующих устройств.

а) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического ре­жима оборудования, а, следовательно, и к повышению коэффициента мощности;

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: