Система электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет силовой нагрузки методом упорядоченных диаграмм

электроснабжение технологический осветительный реактивный

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок, где выбирают и проверяют электрооборудование, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

При проектировании системы электроснабжения или анализе режимов её работы, потребителя электроэнергии рассматривают в качестве нагрузок. При этом необходимо учитывать, что режимы работы приемников электроэнергии разнообразны и меняются во времени.

В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок. Для расчета цеха воспользуемся методом упорядоченных диаграмм. По этому методу расчетную активную нагрузку приемников электроэнергии на всех ступенях питающей и распределительной сетей определяют по средней мощности и коэффициенту максимума. До этого все электроприемники разбивают на группы по расположению в цехе или по присоединениям к силовым пунктам или шинопроводам.

В методе упорядоченных диаграмм принята допустимая для инженерных расчетов погрешность равная 10%. Однако, на практике применение этого метода обуславливает погрешность 20-40% и поэтому применение его требует тщательного анализа исходных данных и результатов расчета.

Расчет производится в 2 этапа. На первом этапе рассчитывается суммарная нагрузка рассматриваемого участка цеха для выбора трансформаторов собственной КТП.

На втором этапе определяются нагрузки по группам подключения электроприемников для выбора низковольтного электрооборудования.

Исходными данными к расчету являются номинальные мощности приемников. Перед определением расчетной нагрузки цеха необходимо привести нагрузку электроприемников с повторно-кратковременным режимом

работы, а мощности однофазных - к условной трехфазной. Мощность электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме. приводится к длительному режиму по формуле [1, стр. 23]:

(1.1)

где Р_Н - мощность, приведенная к длительному режиму работы, кВт;

Р_ЭП - паспортная мощность приемника, кВт;

ПВ - продолжительность включения.

Для приведения мощности однофазного оборудования к условной трехфазной распределяем однофазную нагрузку. Условная трехфазная мощность определяется по формуле [1, стр. 23]:

(1.2)

где - условная трехфазная мощность (приведенная), кВт;

- мощность наиболее загруженной фазы, кВт.

Расчет суммарной нагрузки цеха выполняется в следующем порядке.

Для каждой группы одинаковых электроприемников определяются значения коэффициента использования [1, стр. 24-25, табл. 1.5.1].

Средние активная и реактивная мощности каждой группы электроприемников рассчитываются по формулам [1, стр. 22]:

(1.3)

(1.4)

где Р_СМ - средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

Q_СМ - средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену, квар;

К_И - коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации;

Р_Н - номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

- коэффициент реактивной мощности;

Средневзвешенные коэффициенты использования для цеховой нагрузки

определяется по формуле [1, стр. 22]:

(1.5)

где , - суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт.

Эффективное число электроприемников определяется по формуле [6, стр. 49]:

(1.6)

где - наибольшая мощность одного электроприемника цеха, кВт.

Если n_э>n_ф, то принимается n_э=n_ф.

Коэффициент максимума нагрузки (К_м) определяется по [6, стр. 48, табл. 2.6] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования () и эффективного числа электроприемников (n_э)

(1.7)

Максимальные расчетные нагрузки групп электроприемников определяются по формулам [1, стр. 22]:

Р_м=К_мР_СМ (1.8)

Q_м=К_мQ_CM (1.9)

Пример расчета:

- по (1.1) найдем мощность в длительном режиме для мостового крана (Р_ЭП=30кВА, ПВ=40%):

Р_Н=30кВА18.97кВА.

- по (1.2) найдем условную трехфазную для однофазных станков:

=3*3.6кВт=10.8 кВт.

- используя формулы (1.3), (1.4) и данные [1, табл. 1.5.1] найдем средние активную и реактивную мощности закалочных установок (Р_Н=15кВт, К_И=0.75, =0.73):

Р_СМ=15кВт*0.75=11.25кВт

Q_СМ=11.25кВт*0.73=8.21 квар.

- по (1.5) найдем средневзвешенный коэффициент использования (=85,48 кВт, = 381,27кВт):

=85,48 кВт/381,27 кВт=0.22

- по (1.6) найдем эффективное число электроприемников (=22кВт, = 381,27 кВт):

n_э=2*381,27 кВт/22 кВт=34.66

Примем n_э=35

- по [6, стр. 48, табл. 2.6] найдем коэффициент максимума нагрузки (n_э=35, =0.22):

К_м=1.3

- по (1.8), (1.9) найдем максимальные расчетные нагрузки (Р_СМ=82,71кВт,

Q_CM =100,54 квар):

Р_м=1.3*82.71кВт=107,52 кВт

Q_м=1.3*100.54 квар=129,69 квар.

2. Расчет осветительной нагрузки

На промышленных предприятиях около 10% потребляемой электроэнергии затрачивается на электрическое освещение. Правильное выполнение осветительных установок способствует рациональному использованию электроэнергии, улучшению качества выпускаемой продукции, повышению производительности труда, уменьшению количества аварий и случаев травматизма, снижению утомляемости рабочих.

Наряду с распространенными лампами накаливания и люминесцентными лампами в настоящее время применяют ртутно-кварцевые лампы с исправленной цветностью типа ДРЛ, металлогалогенные типа ДРИ, ксеноновые и натриевые лампы.

Лампы накаливания используются в основном в светильниках местного освещения, в осветительных установках аварийного освещения и некоторых других случаях.

Люминесцентные лампы имеют более высокую световую отдачу и срок службы по сравнению с лампами накаливания. Это обстоятельство является одной из причин их предпочтительного использования для промышленного освещения. Однако все разновидности люминесцентных ламп имеют в своем спектре преобладание излучений в сине-фиолетовой и желтой частях и недостаток излучений в красной и сине-зеленой частях спектра, что заметно искажает цветопередачу.

Лампы типа ДР применяют в следующих случаях:

- для общего освещения производственных помещений высотой более 8 м, в которых не требуется правильной цветопередачи;

- для освещения территорий промышленных предприятий (исключая дежурное освещение).

Основным вопросом устройства осветительных установок является правильное расположение выбранных светильников. От его решения зависят экономичность, качество освещения и удобство эксплуатации.

Размещение светильников в плане и в разрезе помещения (рис. 2.1) определяется следующими размерами:

- Н - высотой помещения,

- h_c - расстоянием светильника от перекрытия,

- h_П =H - h_c - высотой светильника над полом,

- h_р - высотой расчетной поверхности над полом,

- h = h_П - h_р - расчетной высотой,

- L - расстоянием между соседними светильниками или рядами ламп (если по длине и ширине расстояния различны, то они обозначаются соответственно L_a и L_B),

- l - расстоянием от крайних светильников или рядов светильников до стены.

Важное значение имеет отношение расстояния между светильниками или рядами светильников к расчетной высоте =L/h уменьшение его приводит к удорожанию осветительной установки и усложнению ее обслуживания, а чрезмерное увеличение приводит к резкой неравномерности освещения и к возрастанию расходов энергии.

Рекомендации по выбору отношения приведены в [3, стр. 260, табл. 10.4]. Значение принимается по указанной таблице в зависимости от типа источника света и характера светораспределения светильника.

При определении мощности ламп по методу коэффициента использования, световой поток ламп в каждом светильнике, необходимый для создания заданной минимальной освещенности (норма освещенности - Е_Н), определяется по формуле [3, стр. 261]:

(2.1)

где Ф - световой поток одного светильника, Лм;

Е_Н - норма освещенности, Лк;

К_ЗАП - коэффициент запаса;

- площадь помещения, м²;

z - коэффициент неравномерности для ламп (ДРЛ=1.15, люменисцентные=1.1);

- коэффициент использования светового потока;

N - число светильников.

Норма освещенности Е_Н определяется по [4, стр. 91-108, табл. 4.4].

Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i, определяемого по формуле [4, стр. 125]:

(2.2)

где А - длина помещения, м;

В-ширина помещения, м;

h - расчетная высота, м.

Кроме индекса помещения i, для нахождения коэффициента использования светового потока необходимо знать коэффициенты отражения стен, потолка и рабочей поверхности, которые определяются по [4, стр. 126, табл. 5.1].

Тогда по [4, стр. 134, табл. 5.9] определяется .

Согласно значению Ф выбирается стандартная лампа так, чтобы ее поток отличался от расчетного значения Ф на 10 - 20%. При невозможности выбора источника света с таким приближением корректируется число светильников.

Установленная мощность ламп Р_уст равна:

(2.3)

где - номинальная мощность лампы, Вт;

N - число ламп.

Расчетная нагрузка Р_р.0 питающей осветительной сети определяется умножением установленной мощности Р_уст ламп на коэффициент спроса К_с, а для газоразрядных ламп - еще и умножением на коэффициент К_пра, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА) [3, стр. 271]:

(2.4)

(2.5)

где К_С = 1 - для групповой сети и всех звеньев сети аварийного освещения, длд мелких производственных зданий, торговых помещений, наружного освещения;

К_С =0.95 - для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов; К_С = 0.9 - для библиотек, административных зданий и предприятий общественного питания;

К_С =0.8 - для производственных зданий, состоящих из большого числа отдельных помещений;

К_С =0.6 - для складских зданий и электростанций, состоящих из большого числа отдельных помещений;

К_ПРА =1.1 - Для ламп типов ДРЛ и ДРИ;

К_ПРА = 1.2 - для люминесцентных ламп со стартерными схемами включения;

К_ПРА = 1.3 - 1.35 - для люминесцентных ламп с бесстартерными схемами включении;

- для газоразрядных ламп.

Расчет осветительной нагрузки:

Станочное отделение:

- Н = 9 м

- h_c = 0.2 м,

- h_П = Н - h_c = 8.8 м,

- h_р = 1 м,

- h = h_П - h_р = 7.8 м.

По [3, стр. 260, табл. 10.4] для ламп ДРЛ примем = 1. Тогда:

- L_А = 7.8 м

- L_B= 6.1 м,

- l = 0.6 м.

Аналогично определяются расстояния для других помещений.

Результаты приведены в таблице 2.1.

Расположение светильников в цехе показано на рис. 2.2.

Световой поток ламп в каждом светильнике:

- Е_Н = 300 Люкс;

- К_ЗАП = 1.5;

- = 20 м * 24 м =480 м²;

- z = 1.15,

- N = 16,

- 

По [4, стр. 126, табл. 5.1] коэффициенты отражения стен, потолка и рабочей поверхности равны:

Тогда по [4, стр. 134, табл. 5.9] коэффициент использования светового потока равен:

-  = 0.66

Тогда:

Ф = 23523 Лм.

По [4, стр. 28, табл. 2.15] выбираем лампу ДРЛ400 с Ф_НОМ = 19000 Лм и Р_НОМ = 400 Вт.

Р_уст = 400*16=6400 Вт.

Р_р.0 = 6400*0.95*1.1 = 6688 Вт

= 6688*0.33 = 2207 квар.

Аналогично определяются расчетные мощности в остальных помещениях. Результаты вычислений приведены в таблице.

Размещение светильников

Помещение	Н, м	hc, м	hП, м	hр, м	h, м		LА, м	LB, м	l, м
станочное отделение	9	0,2	8,8	1	7,8	1	7,8	6.1	0,6
ремонтно-механическое отделение	9	0,2	8,8	1	7,8	1	7,8	5.5	0,2
закалочная	9	0,2	8,8	1	7,8	1	7,8	-	0,2
склад заготовок	9	0,2	8,8	0	8,8	1	8,8	-	1,8
санузел	4	0,2	3,8	1	2,8	1	2,8	-	0,6
тп	9	0,2	8,8	0	8,8	0,6	5,3	3.8	1,36
щитовая	9	0,2	8,8	0	8,8	0,6	5,3	-	1,36
гардероб	4	0,2	3,8	1	2,8	1	2,8	-	1,2
буфет	4	0,4	3,6	1	2,6	2	5,2	-	1,4
инструментальная	4	0,2	3,8	1	2,8	1	2,8	-	1,2
склад готовой продукции	9	0,2	8,8	0	8,8	1	8,8	6	4
комната отдыха	4	0,4	3,6	1	2,6	2	5,2	5	1,4
лаборатория отк	9	0,2	8,8	1	7,8	1	7,8	-	0,1
начальник цеха	4	0,4	3,6	1	2,6	2	5,2	-	2
коридор	9	0,2	8,8	0	8,8	1	8,8	6,8	3



3. Выбор трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономических расчетов с учетом следующих факторов:

- категории надежности электроснабжения потребителей;

- компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ;

- перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийных режимах;

- шага стандартных мощностей;

- экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

Количество цеховых ТП непосредственно влияет на затраты на распределительные устройства напряжением 6 - 20 кВ и внутризаводские и цеховые электрические сети. Так, при уменьшении числа ТП (т.е. при увеличении их единичной номинальной мощности) уменьшается число ячеек РУ, суммарная длина линий и потери электроэнергии и напряжения в сетях 6-20 кВ, но возрастает стоимость сетей напряжением 0,4 кВ и потери в них. Увеличение числа ТП, наоборот, снижает затраты на цеховые сети, но увеличивает число ячеек РУ 6-20 кВ и затраты на сети напряжением 6-20 кВ. При некотором количестве трансформаторов с номинальной мощностью S_НОМ.Т можно добиться минимума приведенных затрат при обеспечении заданной степени надежности электроснабжения. Такой вариант будет являться оптимальным, и его следует рассматривать как окончательный.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом номинальная мощность трансформаторов S_НОМ.Т определяется по средней нагрузке Р_СР.М за максимально загруженную смену [3, стр. 103]:

(3.1)

где N - число трансформаторов;

К₃ - коэффициент загрузки трансформатора.

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:

- выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;

- определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ предприятия.

Суммарная расчетная мощность Q_HКУ НБК составит [3, стр. 104]:

Q_HКУ ⁼ Q_HКУ1 + Q_HКУ2 (3.2)

где Q_HКУ1 и Q_HКУ2 - суммарные мощности НБК, определенные на двух указанных этапах расчета, квар

Реактивная мощность, найденная по (3.2), распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.

Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ, определяют по формуле [3, стр. 106]:



(3.3)

Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1 кВ составит [3, стр. 106]:

Q_HКУ1 ⁼ Q_CP.M - Q_T (3.4)

где Q_CP.M - суммарная средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену на напряжение до 1 кВ, квар.

Если в расчетах окажется, что Q_HКУ1<0, то установка батарей конденсаторов при выборе оптимального числа трансформаторов не требуется (составляющая Q_HКУ1 в (3.2) будет равна нулю).

Дополнительная мощность Q_HКУ2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле [3, стр. 106]:

(3.5)

где - расчетный коэффициент, зависящий от расчетных параметров К_р1 и К_р2 и схемы питания цеховой ТП [3, стр. 108-109, табл. 4.6, 4.7].

Если в расчетах окажется, что Q_HКУ2<0, то для данной группы трансформаторов Q_HКУ2 = 0.

По суммарной расчетной мощности Q_HКУ выбираются НБК [6, стр. 400].

Выбор трансформаторов:

Р_СР.М = Р_Р.О + Р_м = 16154,28 + 107520 = 123674,28 Вт.

Q_СР.М = Q_Р.О + Q_м = 5330,91 + 129690 = 135020,91 квар.



Т.к в цехе потребители II категории, то N = 2.

кВА

По [6, стр. 222, табл. 2.110] выберем трансформатор ТСЗ-160/10 с = 160 кВА.

квар.

Q_HКУ1 ⁼ 135.02 - 184.9 = -49.88 квар.

Т.к Q_HКУ1<0, то Q_HКУ1 = 0.

По [3, стр. 108-109, табл. 4.6, 4.7] найдем параметры К_р1 и К_р2.

К_р1 = 24 К_р2 = 2

Тогда по [3, стр. 107, рис. 4.9 а] найдем :

= 0.85

квар.

Т.к Q_HКУ2<0, то Q_HКУ2 = 0

Q_HКУ = 0.

Т.о установка НБК не требуется.

4. Выбор системы электроснабжения

Разработка вариантов системы электроснабжения

Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно - защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения.

С целью создания рациональной схемы распределения электроэнергии требуется всесторонний учет многих факторов, таких как конструктивное исполнение сетевых узлов схемы, способ канализации» электроэнергии, токи КЗ при разных вариантах и др.

При проектировании схемы важное значение приобретает правильное решение вопросов питания силовых и осветительных нагрузок в ночное время, в выходные и праздничные дни, Для взаимного резервирования рекомендуется использовать шинные и кабельные перемычки между ближайшими подстанциями, а также между концами сетей низшего напряжения, питаемых от разных трансформаторов.

В общем случае схемы внутризаводского распределения электроэнергии имеют ступенчатое построение. Считается нецелесообразным применение схем с числом ступеней более двух-трех, так как в этом случае усложняется коммутация и защита сети. На небольших по мощности предприятиях рекомендуется применять одноступенчатые схемы.

Схемы низковольтных цеховых сетей делятся на магистральные и радиальные. Линию электрической сети, отходящей от распределительного устройства низшего напряжения (КТП) и предназначенной для питания наиболее мощных приемников электрической энергии и распределительной сети, называют главной магистральной линией. Главные магистрали рассчитывают на большие токи (6300 А). Они имеют небольшое количество присоединений. Рекомендуется применять магистральные схемы с числом отходящих от ТП магистралей не превышающим числа трансформаторов.

Распределительные магистрали предназначены для питания электроприемников малой и средней мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали. Такие схемы выполняются с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630 А. Питание их осуществляется от главных магистралей или распределительного устройства

низшего напряжения цеховой подстанции. Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладая универсальностью и гибкостью (позволяет заменять техническое оборудование без особых изменений электрической сети), поэтому их рекомендуют всегда, если этому не препятствует территориальное расположение нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети отходящих от распределительного устройства низшего напряжения и предназначенных для питания небольших групп электроприемников, расположенных в различных местах цеха. Радиальная схема применяется в тех случаях, когда невозможно применить магистральную. Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляется самостоятельными линиями от силовых пунктов, расположенных в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Радиальные схемы обеспечивают более высокую надежность электроснабжения однако требуют больше затрат на электрооборудование и монтаж.

Расчет электрических нагрузок для выбора проводников и выключателей

Расчет выполняется согласно п. 1. Разница том, что электроприемники распределяются по шинопроводам и силовым пунктам, к которым они подключены. Коэффициент расчетной нагрузки находится по [6, стр. 48, табл. 2.6] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования () и эффективного числа электроприемников (n_э). В данном случае расчетная реактивная нагрузка рассчитывается в зависимости от эффективного числа электроприемников [3, стр. 33]:

электроснабжение технологический осветительный реактивный

(4.1)



Список литературы

1. Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005.

2. Указания по расчёту электрических нагрузок. Технический циркуляр ВНИПИ Тяжпромэлектропроект №358-90 от 1 августа 1990 г.

3. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

4. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г.М. Кнорринга. Л.: «Энергия», 1976.

5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

6. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

7. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. - 136 с.

Размещено на Allbest.ru