Электрические нагрузки промышленных предприятий

Содержание

Предисловие……………………………………………………………………………
1. Электрические нагрузки промышленных предприятий………………………….
2. Коммуникационные и защитные аппараты до 1кВ………………………………
3. Внутрицеховые электрические сети напряжением до 1кВ………………………
4. Питающая и распределительная сеть 6-10 кВ предприятий……………………..
5. Силовые трансформаторы подстанций……………………………………………
6. Потери мощности и энергии в элементах системы электроснабжения…………
7. Компенсация реактивной мощности………………………………………………
7.1. Экономическое значение реактивной мощности, потребляемой из энергосистемы………………………………………………………………….
7.2. Использование батарей статических конденсаторов напряжением до 1кВ..
7.3. Использование синхронных электродвигателей……………………………..
7.4. Анализ баланса реактивной мощности……………………………………….
8. Задачи эксплуатационного характера……………………………………………..
Приложение……………………………………………………………………………
Литература……………………………………………………………………………..

Предисловие

Настоящее пособие составлено применительно к программе курса «Электроснабжение промышленных предприятий», изучаемого студентами специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение» специализации 1-43 01 03 01 «Электроснабжение промышленных предприятий». Оно содержит краткие теоретические положения основных разделов курса, а также задачи и примеры типовых расчетов.

Кроме традиционных расчетных задач в пособие включены задачи эксплуатационного характера.

Предполагается, что студенты специальности «Электроснабжение» дневной формы обучения будут решать предлагаемые задачи на практических занятиях под руководством преподавателя. Для студентов заочной формы обучения решение задач станет самостоятельной работой в межсессионный период и под руководством преподавателя во время предсессионных занятий.

Поскольку по данной дисциплине имеются курсовой и дипломный проекты, то расчетные материалы, содержащиеся в пособии, подготавливают студентов к выполнению этих проектов.

Справочные материалы, необходимые для решения задач, приведены в приложении.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Расчет электрических нагрузок производится для каждого электрического узла, от которого питаются электроприемники. В сетях напряжением до 1 кВ на различных ступенях распределения в качестве электрического узла могут рассматриваться распределительные пункты, шкафы, сборки, распределительные, троллейные, магистральные шинопроводы, цеховые трансформаторные подстанции. Нагрузки определяются по цеху, корпусу, предприятию в целом.

Метод коэффициента расчетной нагрузки. Согласно Указаниям по расчету электрических нагрузок [1] расчетная активная нагрузка группы электроприемников, подключенных к электрическому узлу:

где – коэффициент расчетной нагрузки;

– номинальная активная мощность и среднее значение коэффициента использования отдельного электроприемника;

n – количество электроприемников в группе.

Значение выбирается по табл. П1 и П2 в зависимости от эффективного числа электроприемников n_Э, средневзвешенного коэффициента использования , а также от постоянной времени нагрева сети T_О,для которой производится расчет нагрузки. Величина Т_О =10 мин – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные пункты, шинопроводы, щиты; Т_О = 2,5 ч – для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов; Т_О = 30 мин – для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства.

Эффективное число электроприемников:

где – номинальная мощность отдельного электроприемннка в группе.

Полученное расчетом округляется до ближайшего меньшего целого числа.

При большом количестве электроприемников а группе для магистральных шинопроводов, сборных шин цеховых трансформаторных подстанций (ТП), цеха, корпуса, предприятия а целом величину можно определить также по упрощенному выражению:

где – номинальная мощность самого мощного электроприемника в группе.

Если найденное по последнему выражению окажется больше n, то принимают = n. Это же условие для сохраняется, если

Для группы, состоящей из электроприемников различных категорий (с различными К _И), средневзвешенный коэффициент использования

где т – количество характерных категорий в общей группе электроприемников.

К одной характерной категории относятся электроприемники с одинаковыми технологическим назначением и верхними границами значений и tgφ, которые принимаются по справочной литературе [2].

Расчетная реактивная нагрузка для группы электроприемников определяется следующим образом:

а) для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от

б) для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых ТП, а также при определении реактивной нагрузки по цеху, корпусу, предприятию

К расчетным активной и реактивной нагрузкам силовых электроприемников до 1 кВ должны быть добавлены при необходимости осветительные нагрузки Р _ро и Q _ро.

Расчет электрических нагрузок электроприемников напряжением выше 1 кВ осуществляется в целом аналогично расчету, приведенному для электроприемников напряжением до 1 кВ, с учетом некоторых особенностей. Для электродвигателей напряжением выше 1 кВ вместо К_И принимается значение коэффициента загрузки К_З и находится расчетная нагрузка

где – номинальная активная мощность высоковольтного электродвигателя.

При определении расчетной нагрузки предприятия подсчитывается количество присоединений к сборным шинам 6 - 10 кВ распределительного пункта (РП) или главной понизительной подстанции (ГПП), от которых питается предприятие. В зависимости от количества присоединений и средневзвешенного по табл. ПЗ определяется значение коэффициента одновременности К_О. При этом принимается величина K_р = 1. Аналогичное значение К_р принимается и в тех случаях, когда расчетная нагрузка определяется для выбора кабеля 6 - 10 кВ, питающего паховую ТП.

Расчетная нагрузка силовых элактроприемннков до 1 кВ характерных групп, приведенная к вводу предприятия, определяется по формуле

Результирующая нагрузка предприятия определяется с учетом осветительной и высоковольтной нагрузок, а также средств компенсации реактивной мощности Q и потерь мощности в трансформаторах.

Метод коэффициента спроса. На первой стадии проектирования системы электроснабжения могут быть неизвестными мощности отдельных электроприемников характерных групп и режим их работы. Расчетная максимальная нагрузка для таких групп электроприемников определяется следующим образом:

Значения коэффициентов спроса и cosφ для указанных групп электроприемников определяются из [2].

Расчетная нагрузка узла системы электроснабжения определяется в этом случае с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузок отдельных групп электроприемников:

где п – количество характерных подгрупп электроприемннков.

Значение можно приближенно принять равным 0,9.

Метод удельных плотностей нагрузки. Если имеются сведения о величинах производственных площадей отдельных цехов, например, машиностроительных предприятий, то расчетную активную нагрузку можно определить, используя выражение

где F – площадь размещения приемников группы, м²;

– удельная плотность нагрузки на 1 м² производственной площади, кВт/м². Значения удельных плотностей нагрузок принимаются по справочной литературе [2].

Метод удельного расхода электроэнергии. При наличии данных по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции расчет нагрузок по отдельным цехам, предприятию в целом можно выполнить, используя выражение

где – выпуск продукции в натуральном выражении за время Т. Значение удельных расходов электроэнергии на единицу продукции за определенный интервал времени T принимается из справочной литературы [3].

Электрические нагрузки однофазных электроприемников. Однофазные электроприемники учитываются при определении суммарных нагрузок как трехфазные, если они равномерно распределены между фазами трехфазной сети. Считаются неравномерно распределенными те однофазные электроприемники, номинальная мощность которых составляет более 15 % суммарной мощности трехфазных и однофазных приемников, присоединенных к электрическому узлу. Для таких электроприемников определяется трехфазная номинальная условная мощность:

при включении однофазных электроприемников на фазное напряжение

где – номинальная мощность наиболее загруженной фазы;

при включении на линейное напряжение одного электроприемника

где номинальная мощность однофазного электроприемника.

Для двух-трех однофазных электроприемников трехфазная номинальная условная мощность определяется по (1.17). Мощность отдельной фазы в этом случае определяется как полусумма номинальных мощностей плеч, прилегающих к данной фазе.

При большом количестве однофазных электроприемников в группе, включенных на фазное и линейное напряжение и не распределенных равномерно, номинальная мощность отдельной фазы определяется с учетом коэффициентов приведения линейных нагрузок к данной фазе и фазному напряжению. Например, для фазы А

где – однофазная нагрузка, включенная в плечо АВ трехфазной сети;

– то же в плечо АС;

и – нагрузки, включенные на фазу А в нулевой провод;

– коэффициенты приведения линейных нагрузок, определяемые из справочных таблиц [2].

После выявления наиболее загруженной фазы находится согласно (1.17).

Расчетные активную и реактивную нагрузки для однофазных электроприемников, включенных в трехфазную сеть, можно определить по формулам

Для узла, подключенного к трехфазной электрической сети, имеющей трехфазные и однофазные электроприемники, расчетные активная и реактивная нагрузки определяются по формулам

(1.25)

(1.26)

где – количество трехфазных и однофазных электроприемников с переменным графиком нагрузок;

– количество трехфазных и однофазных электроприемников с мало меняющимся графиком нагрузок.

Задачи

1.1. Определить для электроприемников механического участка инструментального цеха со следующими данными:

а) токарные станки: 4×(7 + 1,1 + 0,25) кВт;

б) строгальные станки: 2×(4,5 + 0,5) кВт; 2 × (5,5 + 0,75) кВт;

в) сверлильные станки: 3×(7,5 + 0,25) кВт; 3×(3 + 0,25) кВт;

г) заточные станки: 2×2,8 кВт; 2×4,5 кВт;

д) механические ножовки: 3×(3,2 + 0,3) кВт.

1.2. В трехфазную электрическую сеть 380/220 В включены однофазные электроприемники:

а) печи сопротивления: = 12 кВт, cosφ = 0,95, n = 2, = 220 В;

б) сварочные трансформаторы: = 75 кВА, ПВ = 45 %, cosφ = 0,55, n = 1, = 380 В;

= 32 кВА, ПВ = 50 %, cosφ = 0,6, n = 2, = 380 В.

Определить трехфазную условную номинальную мощность.

1.3. От шин вторичного напряжения цеховой ТП питаются следующие группы трехфазных электроприемников:

а) 35 электродвигателей продолжительного режима работы от 5,5 до 10 кВт суммарной мощностью Σ = 265 кВт; = 0,18; cosφ = 0,75;

б) 8 электродвигателей повторно-кратковременного режима работы от 4,0 до 7 кВт; Σ = 42 кВт; ПВ = 50 %; = 0,15; cosφ = 0,55;

в) 20 электродвигателей продолжительного режима работы от 3 до 15 кВт; Σ = 175 кВт; = 0,2; cosφ = 0,7;

г) 15 электродвигателей продолжительного режима работы от 5 до 7,5 кВт; Σ = 100 кВт; = 0,3; cosφ = 0,65.

Определить для них полную расчетную нагрузку.

1.4. Группа цехов тракторного завода имеет следующие установленные мощности электроприемников:

а) агрегатный цех = 3000 кВт,

б) прессово-штамповочный цех = 4000 кВт;

в) механический цех = 3500 кВт,

г) покрасочный цех = 1800 кВт.

Определить для них полную расчетную нагрузку.

1.5. Технологические участки ремонтно-механического цеха имеют следующие номинальные мощности электроприемников:

а) участок станков универсального назначения: 6×(4,5 + 1 + 0,25) кВт – нормальный режим; 5×(7 + 1,5 + 0,25) кВт – нормальный режим; 5×(14 + 2 + 0,75) кВт – тяжелый режим;

б) участок специализированных станков с электродвигателями от 0,25 до 5,5 кВт суммарной мощностью = 87 кВт;

в) электросварочный участок, сварочные трансформаторы:

= 37 кВА; ПВ = 40 %; cosφ = 0,5; = 380 В;

= 32 кВА; ПВ = 40 %; cosφ = 0,5; = 380 В;

= 22 кВА; ПВ = 60 %; cosφ = 0,5; = 380 В.

Определить полную расчетную нагрузку электроприемников цеха.

1.6. Группа цехов автомобильного завода питается от отдельного РП на напряжении 10 кВ и имеет следующие данные:

̶ сборочный цех: = 1800 кВт; cosφ = 0,7; = 0,2;

̶ цех задних мостов: = 2900 кВт; cosφ = 0,75; = 0,25;

̶ цех кабин: = 2300 кВт; cosφ = 0,7; = 0,3;

̶ покрасочный цех: = 1500 кВт; cosφ = 0,65; = 0,4;

̶ гальванический цех: = 1700 кВт; cosφ = 0,8; = 0,5;

̶ компрессорная: электроприемники напряжением до 1 кВ: = 1300 кВт; cosφ = 0,7; = 0,35, электродвигатели напряжением 10 кВ: = 4000 кВт; cosφ = 3; = 0,85.

Количество присоединений к РП п = 10. Самый мощный электроприемник в группе напряжением 380 В – электродвигатель, у которого = 15 кВт. Определить полную расчетную нагрузку на шинах РП.

Пример. На агрегатном участке механосборочного цеха используются следующие группы электроприемников:

̶ электродвигатели специализированных станков, суммарная установленная мощность которых = 180 кВт; cosφ = 0,75; = 0,17;

̶ электродвигатели металлообрабатывающих станков общего назначения, суммарная установленная мощность которых = 150 кВт; cosφ = 0,73; = 0,14;

̶ электродвигатели подъемно-транспортных устройств, суммарная паспортная мощность которых = 90 кВт; cosφ = 0,6; ПВ = 15 %; = 0,12;

̶ электродвигатели сантехнической вентиляции, суммарная номинальная мощность которых = 60 кВт; cosφ = 0,75; = 0,65;

̶ сварочные трансформаторы:

= 32 кВА; ПВ = 40 %; cosφ = 0,55; = 2, = 0,12;

= 24 кВА; ПВ = 45 %; cosφ = 0,5; = 1, = 0,12.

Питание всех электроприемников участка осуществляется от цеховой ТП на напряжении 380 В. Самый мощный электроприемник на участке – электродвигатель, = 22 кВт. Определить расчетные активную и реактивную нагрузки производственного участка цеха.

Решение. Определяется номинальная мощность (приведенная к ПВ = 1) для сварочных трансформаторов:

В трехфазную сеть трансформаторы включаются по следующей схеме: в плечи АВ и ВС – по 32 кВ А, в плечо АС — 24 кВ А. При такой схеме включения наиболее загруженной оказывается фаза В, для которой