Расчёт электрических нагрузок всего предприятия

Определение общезаводских нагрузок проведем по методу коэффициента спроса.

Расчетную активную нагрузку P_р, кВт, вычисляют по формуле

P_р = К_с·P_ном,(2.8)

где К_с - коэффициент спроса электроприемников цеха. Принимаем по /16/;

P_ном - установленная мощность электроприемников, кВт.

Расчетную реактивную нагрузку электроприемников цеха Q_р, кВАр, вычисляют по формуле

Q_р = P_р·tgj,(2.9)

где tgj - рассчитывается по коэффициенту мощности электроприемников цеха cosj. Принимаем по /16/.

Расчетная активная нагрузка установок электроосвещения P_р.о, кВт, определяется по методу коэффициента спроса

P_р.о = К_с.о·P_у.о·К_пра,(2.10)

где К_с.о - коэффициент спроса осветительных нагрузок цеха, принимаем

К_{с.о =} 0.95 по /16/;

К_пра - коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре. Принимаем К_пра =1.1 /16/;

Установленную мощность установок электроосвещения цеха, территории завода P_у.о, кВт, вычисляют по формуле

P_у.о = P_уд·S·10^-3,(2.11)

где S - освещаемая площадь цеха, территории завода, м²;

P_уд - удельная расчетная нагрузка освещения на 1 м² освещаемой поверхности, Вт/м².

Расчетную реактивную нагрузку электроосвещения Q_р.о, кВАр, вычисляют по формуле

Q_р.о = P_р.о·tgj_о,(2.12)

где tgj_о -определяется по коэффициенту мощности установок электроосвещения cosj_о.

(2.6)

Расчетную нагрузку полной мощности для силовых электроприемников на разных ступенях системы электроснабжения S_р, кВА, вычисляют по формуле

(2.7)

Расчетная активная и реактивная нагрузка предприятия в целом, приведенная к шинам центральной распределительной подстанции (ЦРП), P_рS, кВт и Q_рS, кВАр, определяется как сумма расчетных нагрузок всех цехов с учетом расчетной нагрузки освещения территории предприятия, потерь мощности в трансформаторах цеховых подстанций и несовпадения максимумов нагрузок различных цехов во времени

P_рS = K_рм· SP_р + SDP_т + SP_р.о + P_рот,(2.13)

Q_рS = K_рм· SQ_р + SDQ_т + SQ_р.о + Q_рот,(2.14)

где К_рм - коэффициент разновременности максимумов силовой нагрузки. По /17/ принимаем К_{рм =} 0.9;

SDP_т, SDQ_т - потери, соответственно, активной, кВт и реактивной, кВАр мощности в трансформаторах цеховых подстанций. При ориенировочных расчетах, когда не известен тип силового трансфарматора, принимаем по /19/ DP_т = 0.02·S_р,

DQ_т = 0.1·S_р.

Расчетную полную мощность, передаваемую от источника питания, S _рS, кВА, вычисляют по формуле

,(2.15)

где Q_кв - мощность компенсирующих устройств, кВАр. Принимаем Q_кв = 0.2·Q

                  II. Расчет электроосвещения.

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

· недостаточность освещенности;

· чрезмерная освещенность;

· неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Процесс работы в цехе происходит в таких условиях, когда естественное освещение недостаточно или отсутствует. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения.

Целью расчета является выбор количества светильников, определение мощности источников света, расположение их в помещение цеха, а также расчет осветительной сети.

Исходными данными являются: назначение цеха (электромеханический цех) и его размеры:

А = 48 м - длина;

В = 30 м - ширина;

Н = 9 м - высота.

h_р – пол

В качестве источников света выбираем дуговую ртутную лампу высокого давления для общего освещения типа ДРЛ, так как 1) высота помещения превышает 6м; 2) ДРЛ удобна в эксплуатации: Рассчитаны на большие сроки службы, имеют большой световой поток, высокую световую отдачу и незначительные размеры, выпускаются на большие мощности; 3) работа ДРЛ не зависит от температуры окружающей среды.

Норма освещенности для данного производственного помещения: Е_min=200 Лк.

Для производственного помещения выбираем рабочее равномерное общее освещение, а также аварийное освещение.

В качестве светильника выбираем светильник типа РСП 13 со степенью защиты 53, классом светораспределения - П, КСС в нижнюю полусферу глубокий Г1 (0,8-1,2).

Расстояние от светильника до рабочей поверхности, м:

Н_р = Н - (h_с - h_р)

где Н = 9 м- высота помещения;

h_с = 0,7 м - высота свеса;

h_р = 0 м - высота рабочей поверхности (пол).

Н_р = 9 - (0,7 + 0) = 8,3 м.

Расстояние между светильниками для КСС Г1:

L = (0,8 - 1,2) ∙ Н_р = 0,8 * 8,3 = 6,64 м.

Расстояние от края светильника до стен:

l = 0,5 ∙ L = 0,5*6,64 = 3,32 м.

Количество светильников в ряду:

Количество рядов:

n_в = = = 4 шт.

Общее количество светильников:

n_c = n_в *n_а = 7*4 = 32 шт.

Расстояние между светильниками в одном ряду:

L_А=  =  = 6,89 м.

Расстояние между рядами:

L_В=  =  = 7,78 м

Определяем показатель помещения

i =  =  = 2,78

По справочнику с учётом коэффициентов отражения и показателя помещения находим коэффициент использования светового потока:

r_пот=0,5; r_ст=0,3; r_п=0,1:

u = 73%

Рассчитаем световой поток одой лампы в Лм, если коэффициент минимальной освещённости z = Е_ср / Е_min = 1,2:

Ф_л =  

где K_з = 2 - коэффициент запаса;

Е_min – нормированная освещённость, лк.

Ф_л.р. =  = 29589 лм.

По найденному значению Ф_л подбираем лампу, поток которой должен отличаться не более, чем на (-10 – +20)%.

Принимаем лампу ДРЛ 700(6) - 3 имеющую следующие технические данные:

номинальная мощность лампы Р_н = 700 Вт; световой поток Ф_л = 40,6 клм.

Общая мощность световой установки:

Р_уст = Р_л *n_св = 700*32 = 22400 Вт.

Составим схему расположения светильников рабочего освещения в цехе (рисунок 2)

Рисунок 2 - План расположения светильников в цехе.

Для аварийного освещения выбираем лампы типа ЛН (лампы накаливания).

Норма освещенности аварийного освещения сос -тавляет не менее 5% от нормы рабочего освещения, то есть:

Е = Е_min*0,05 = 200*0,05 = 10 лк

Выбираю светильник типа НСП 20, источник света которого должен иметь мощность 500 Вт, для создания кривой силы света Д3, класс светораспределения светльника - П, степень защиты IP52.

По заданной мощности лампы светильника НСП 20, Р_л=500Вт, выберем ЛН типа Г125-135-500 с номинальным световым потоком, Ф_л=9200 лм.

Определим количество ламп для аварийного освещения преобразовав формулу (11.15):

n_с =  =  = 6 шт.

Выбираем светильники типа НСП.

Рассчитаем осветительную сеть рабочего освещения, схема которой приведена на рисунке 3 Линии освещения питают светильники с лампами накаливания, коэффициент мощности которых cosj =1:

Рисунок 3 - Схема осветительной сети аварийного освещения.

Выберем осветительные щиты. При выборе осветительного щитка необходимо чтобы выполнялось условие:

I_ном.щ ³ I

где I_ном.щ- номинальный ток осветительного щитка, А;

I-расчетный ток питающей линии, А.

Для рабочего освещения выберем щит серии ЯОУ -8503, так как выполняется условие

I_ном.щ = 63 А ³ 50 А = I_1-2

Для аварийного освещения выберем осветительный щиток серии ЯОУ - 8504, так как выполняется условие

I_ном.щ = 63 А ³ 28 А = I_1-2

Таблица 2 - Технические данные осветительных щитков серий ЯОУ - 8503 и ЯОУ - 8504 на напряжение 380/220В.

Тип	Автоматический выключатель
	Тип	Номинальный ток, А	Количество
1	2	3	4
ЯОУ - 8503	АЕ - 2044 - 10	63	6
ЯОУ - 8504	АЕ - 2046 - 10	63	2

        

 

Расчет компенсирующих устройств (КУ) и выбор трансформатора. Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питательных сетях. Ввод источника реактивной мощности приводит к снижению потерь в период максимума нагрузки в среднем на 0,081 кВт/квар. В настоящее время степень компенсации в период максимума составляет 0,25 квар/кВт, что значительно меньше экономически целесообразной компенсации, равной 0,6квар/кВт.

При выборе средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий необходимо различать по функциональным признакам две группы промышленных сетей в зависимости от состава их нагрузок: первая группа - сети общего назначения (сети с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц.); вторая группа – сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резко переменными нагрузками.

Наибольшая суммарная реактивная нагрузка предприятия, принимаемая для определения мощности компенсирующей установки равна: Q_M1=K_HCQ_P, где K_HC – коэффициент учитывающий несовпадения по времени наибольшей активной нагрузки энергосистемы и реактивной нагрузки предприятия.

По входной реактивной мощности Q_Э1 определяют суммарную мощность компенсирующего устройства предприятия, а по назначению Q_Э2 регулируемую часть компенсирующего устройства. Суммарную мощность компенсирующего устройства Q_Э1 определяют по балансу реактивной мощности на границе электрического раздела предприятия и энергосистемы в период наибольшей активной нагрузки энергосистемы: Q_K1=Q_M1+Q_Э2. Для промышленных предприятий с присоединяемой суммарной мощностью трансформаторов менее 750 кВ*А, значение мощности компенсирующего устройства Q_Э1 задается энергосистемой и является обязательным при выполнении проекта электроснабжения предприятия.

По согласованию с энергосистемой, выдавшей технические условия на присоединение потребителей, допускается принимать большую по сравнению с Q_Э1 суммарную мощность компенсирующего устройства, если это снижает приведенные затраты на систему электроснабжения предприятия в целом.

Средствами компенсации реактивной мощности являются в сетях общего назначения батареи конденсаторов (низшего напряжения – НБК и высшего напряжения – ВБК) и синхронные двигатели в сетях со специфическими нагрузками, дополнительно к указанным средствам, силовые резонансные фильтры (СРФ), симметрирующие и фильтросимметрирующие устройства, устройства динамической и статической компенсации реактивной мощности с быстродействующими системами управления (СТК) и специальные быстродействующие синхронные компенсаторы (ССК).

РсмΣ = 5.85 + 16.4 + 49.6 + 1.8 + 1.8 + 12.2 = 87.7 кВт;

QсмΣ = 4.4 + 20.7 + 64.7 + 3.1 + 3.1 + 4 = 100 кВар;

SсмΣ =  = 133 кВ · А;

РмΣ = 5.85 + 26.4 + 76.9 + 1.8 + 1.8 + 12.2 = 124.95 кВт;

QмΣ = 4.4 + 20.7 + 64.7 + 3.1 + 3.1 + 4 = 100кВар;

SмΣ =  = 160 кВ ·А;

cosφ = PсмΣ / SсмΣ = 87.7 / 133 = 0.66;

tgφ = QсмΣ / PсмΣ = 1.14.

Исходные данные для выбора компенсирующего устройства приведены в (табл. 2.2.).

 

Таблица 2.2.. Исходные данные

Параметр	Cosφ	tgφ	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВ · А
Всего на НН без КУ	0,67	1,09	191,5	144,45	239,9

Определяем расчетную мощность компенсирующего устройства:

Qкр = α · Рм · (tgφ – tgφк)

α = 0.9; Рм = 124.95 кВт;

Qкр = 0.9 · 124.95 (1.14 – 0.33) = 91.1 кВар;

Применяется cosφк = 0.95, тогда tgφк = 0.33;

Из (7, табл. 31.24) выбирается 5 × КС 0.38 - 18 – ЗУЗ (1УЗ);

Определяется фактическое значение tgφф и cosφф после компенсации реактивной мощности:

Qкст = 5×18; Pм = 124.95;

cosφф = 0.75;

Результаты расчетов заносятся в сводную ведомость нагрузок (табл. 2.3.).

Таблица 2.3. Сводная ведомость нагрузок

Параметр	cosφ	tgφ	Рм, кВт	Qм, кВар	Sм, кВ · А
Всего на НН без КУ	0.66	1.14	124.95	100	160
КУ				5 × 18
Всего на НН с КУ	0.75	0.8	124.95	10	125.4
Потери			2.5	12.5	12.6
Всего на ВН с КУ			127.5	22.5	129.5

 

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь.

Рт. = 0,02 Sнн = 0,02 · 125.4 = 2.5 кВт;

Qт. = 0,1 Sнн = 0,1 ·125.4 = 12.5 кВар;

Sт. =  = 12.6 кВА;

По (5) выбираем трансформатор типа ТМ 250 – 10 / 04;

U1н. = 10; 6 кВ;

U2н. = 0.4; 0.69 кВ;

Мощность потерь:

Pх.х. = 0.82 кВт; Pкз. = 3.7 кВт;Lх.х. = 2.3%.

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформатора:

Кз = Sнн / Sт;

Кз = 125.4 / 250 = 0.5

Рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора 0.5 – 0.7.

  Расчет силовых сетей

Согласно ПУЭ сечения проводников силовой сети напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки в год меньше 4000 выбирают по нагреву или по допустимому току нагрузки.

Известно, что ток, проходя по проводнику, нагревает его. Количество выделенного тепла определяется по закону Джоуля-Ленца. Чем больше ток, тем больше температура нагрева проводника. Чрезмерно высокая температура может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений, а также пожарной опасности. Поэтому ПУЭ устанавливает предельно допустимые температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника.

Ток, длительно протекающий по проводнику, при котором устанавливается наибольшая допустимая температура, называется длительно допустимым током по нагреву.

Значение токов 1_ДОП для проводников различных марок и сечений, с учётом температуры окружающей среды и условий прокладки определены расчётно, проверены экспериментально и приведены в справочниках. При этом значения допустимых токов приведены для нормальных условий прокладки - температура воздуха + 25 °С, температурой земли + 15 °С и в траншеи проложен один кабель.

Если условия прокладки отличаются от нормальных, то допустимый ток определяется с поправками на температуру и поправкой на количества кабелей проложенных в одной траншее, тогда

.

Сечение жил проводников выбирают по условию, где - это максимальный расчётный ток в рассматриваемой линии.