Расчет электрических нагрузок цеха

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет»

Институт механики и машиностроения

Кафедра «Энергообеспечение предприятий»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

по дисциплине «Электроснабжение»

на тему: «Расчет электрических нагрузок цеха»

Вариант №___

Выполнил: обучающийся гр. АИ-41

Матвеев К.В.

г. Йошкар-Ола 2023



Оглавление

Введение

1. Характеристики промышленных потребителей электроэнергии

1.1 Классификация электроприемников

1.2 Вывод

2. Расчет электрической нагрузки цеха

2.1 Расчет электрической нагрузки на стороне НН

2.2 Выбор компенсирующего устройства

2.3 Вывод

Заключение



Введение

Целью расчетно-графического задания является формирование и закрепление компетенций, предусмотренных образовательной программой по дисциплине «Электроснабжение», путем практического использования знаний, умений и навыков, полученных в рамках теоретического обучения.

Задачи:

- рассмотреть классификацию электроприемников по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности, напряжению и роду тока;

- выполнить расчет электрической нагрузки цеха методом упорядоченных диаграмм;

- выбрать устройства компенсации реактивной мощности.



1. Характеристики промышленных потребителей электроэнергии

1.1 Классификация электроприемников

Потребителей электроэнергии систематизируют по эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению, производственным связям, режимам работы, мощности и напряжению, роду тока, территориальному размещению, требованиям к надежности электроснабжения. При проектировании электроснабжения предприятий потребителей электроэнергии в основном систематизируют по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности, напряжению и роду тока. По надежности электроснабжения в соответствии с требованиями ПУЭ электроприемники (ЭП) разделяются на три категории.

Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб народному хозяйству, повреждение основного оборудования, массовый брак продукции. К электроприемникам первой категории относятся насосы водоснабжения и канализации, газоочистка, приводы вращающихся печей, газораспределительные пункты, промышленные вентиляторы, аварийное освещение и др.Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. Например, в черной металлургии - электродвигатели насосов водоохлаждения доменных печей.

Электроприемники второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта. К электроприемникам второй категории надежности относятся электропривод технологических механизмов, электролизные установки, электросварочное оборудование, подъемно-транспортное оборудование.

Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий[1]. К электроприемникам третьей категории надежности относятся различные вспомогательные механизмы в основных цехах, цехах несерийного производства.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания [1]. Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника питания для остальных электроприемников первой категории могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п. Независимый источник питания - источник питания, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания [1]. К числу независимых источников питания относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих двух условий:

1) каждая из секций или систем шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания;

2) секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций (систем) шин.

Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания [1]. Для электроприемников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады [1].

Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток [1].

По режимам работы электроприемники разделяют на группы по сходству режимов. Различают три характерные группы электроприемников:

- электроприемники, работающие в продолжительном или маломеняющемся режиме нагрузки, при этом температура частей машины или аппарата не превышает длительно допустимую (продолжительный режим);

- электроприемники, работающие в режиме кратковременных нагрузок (кратковременный режим). В этом режиме температура машины или аппарата во время работы не достигает длительно допустимого значения, а во время остановки охлаждается до температуры окружающей среды;

- электроприемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки (повторно-кратковременный режим). В этом режиме кратковременные рабочие режимы машины или аппарата сменяются кратковременными периодами отключения. При этом нагрев не превышает длительно допустимой температуры, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.

Примерами работы электроприемников в продолжительном режиме являются работа электродвигателей компрессоров, насосов, вентиляторов, механизмов непрерывного транспорта. В кратковременном режиме работают станки для металлообработки. В повторно-кратковременном режиме работают электродвигатели мостовых кранов, тельферов, подъемников, сварочные установки и т. д.

В режимах работы необходимо учитывать также несимметричность нагрузки по фазам. Трехфазные электродвигатели и печи - симметричные нагрузки. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) относятся электрическое освещение, однофазные и двухфазные печи, сварочные агрегаты и т. п.

Для отдельных электроприемников одним из главных показателей является их номинальная мощность, у электродвигателей - их номинальная мощность, выраженная в кВт. Для электропечей, сварочных установок их номинальной (установленной) мощностью является мощность питающих трансформаторов. Для электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, за номинальную принимается мощность, приведенная к продолжительному режиму.

По роду тока все потребители электроэнергии разделяются на три группы:

- работающие от промышленной сети 50 Гц;

- работающие от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты;

- работающие от сети постоянного тока.

Большинство электроприемников промышленных предприятий работают на переменном трехфазном токе частотой 50 Гц. Установки повышенной частоты применяются для нагрева под закалку, ковку, штамповку металлов и для их плавки. В текстильной, деревообрабатывающей промышленности и других отраслях для питания высокоскоростных двигателей используются токи частотой 130-400 Гц. Для получения частот до 10 кГц применяются тиристорные преобразователи, для частот больше 10 кГц - электронные генераторы. В транспорте (16,6 Гц), установках для перемешивания жидкого металла в печах (до 25 Гц) и индуктивных нагревательных установках применяются коллекторные электродвигатели пониженной частоты. От сети постоянного тока, полученного преобразованием переменного тока промышленной частоты, питаются двигатели постоянного тока, цехи электролиза и гальванопокрытий и др.

Дополнительные требования на систему электроснабжения промышленных предприятий накладывают электроприемники первой категории, электроприемники особой группы, электроприемники с резко переменной и ударной нагрузкой, наличие зон с агрессивной и загрязненной средой.

Эффективность работы электроприемников, т. е. процесс преобразования энергии из одного вида в другой, зависит от качества электроэнергии, поступающей из сети. В свою очередь, качество электроэнергии и эффективность работы промышленных электрических сетей зависят от работы электроприемников. Поэтому электроприемники и потребители электроэнергии рассматриваются с точки зрения их совместной работы с электрической сетью.

Электроприемники классифицируются по следующим признакам: напряжению (до 1000 В и свыше 1000 В), роду тока (переменного тока промышленной частоты, постоянного и переменного тока частотой, отличной от 50 Гц), его частоте (промышленная 50 Гц, повышенная и пониженная), единичной мощности, надежности электроснабжения, режиму работы (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный), технологическому назначению (общепромышленные установки, производственные механизмы, подъемно-транспортное оборудование, преобразовательные установки, электросварочное оборудование, электронагревательные и электролизные установки), производственным связям, территориальному размещению.

1.2 Вывод

В разделе рассмотрена классификация электроприемников по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности, напряжению и роду тока.



2. Расчет электрической нагрузки цеха

2.1 Расчет электрической нагрузки на стороне НН

Задание: составить схему электроснабжения, рассчитать электрическую нагрузку для одного из цехов машиностроительного завода. Площадь цеха 400 м2, освещение выполнено светодиодными светильниками. Перечень электроприемников и их технические данные приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические данные электроприемников

Наименование электроприемника	Паспортная мощность	n, шт				Категория надежности
трехфазные длительного режима
Компрессорная установка	28 кВт	2	0,65	0,80	0,75	I
Станок карусельный	40 кВт	4	0,14	0,86	0,59	II
Печь сопротивления	35 кВт	8	0,80	0,95	0,33	II
Транспортер роликовый	10 кВт	2	0,55	0,75	0,88	II
трехфазный повторно-кратковременного режима
Тельфер транспортный ПВ = 60 %	5 кВт	9	0,30	0,50	1,73	II
однофазный повторно-кратковременного режима
Трансформатор сварочный, ПВ = 40 %	28кВА	10	0,20	0,40	2,29	II
осветительная установка
Светодиодные светильники	5 Вт/м2		0,85	0,98	0,20	I

Были выбраны два силовых трансформатора для питания силовой и осветительной нагрузки. Электроприемники были разделены на группы: трехфазные длительного режима, трехфазные повторно-кратковременного режима, однофазные повторно-кратковременного режима, ОУ - осветительная установка. Были выбраны виды распределительных устройств (РУ): ШМА - магистральный шинопровод, РП - распределительный пункт, ЩО - щит освещения. Схема электроснабжения цеха представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема электроснабжения цеха

Была выбрана двухтрансформаторная цеховая подстанция, между секциями низшего напряжения которой устанавливается устройство АВР (автоматическое включение резерва). Были приняты следующие распределительные устройства: распределительный пункт РП1 для питания трехфазных электроприемников повторно-кратковременного режима работы, щит освещения ЩО - для питания осветительной нагрузки, РП2 для питания однофазных электроприемников повторно-кратковременного режима, магистральные шинопроводы ШМА1 и ШМА2 для питания трехфазных электроприемников длительного режима работы. Распределение нагрузки по секциям РУ НН цеховой ТП представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Распределение нагрузки по секциям

Секция 1	Секция 2
РУ и электроприемники	n, шт	РУ и электроприемники	n, шт
РП1 Тельфер транспортный	9	РП2 Трансформатор сварочный, ПВ = 40 %, кВА	10
ШМА1 Компрессорная установка Станок карусельный Печь сопротивления Транспортер роликовый	1 2 4 1	ШМА2 Компрессорная установка Станок карусельный Печь сопротивления Транспортер роликовый	1 2 4 1
		ЩО

Расчет нагрузки цеха проводился в следующей последовательности.

1. Нагрузка трехфазных электроприемников повторно-кратковременного режима была приведена к длительному режиму:

где - паспортная активная мощность электроприемника, ; - продолжительность включения, относительные единицы.

Нагрузка для РП1 была определена методом упорядоченных диаграмм. Средние активная и реактивная мощности за наиболее загруженную смену были определены по выражениям:

где - коэффициент использования электроприемников; - номинальная мощность электроприемника, приведенная к длительному режиму, кВт; - коэффициент мощности.

Групповой коэффициент использования:



Показатель силовой сборки:

где - номинальная, приведенная к длительному режиму, наибольшая активная мощность электроприемника в группе, кВт; - номинальная, приведенная к длительному режиму, наименьшая активная мощность электроприемника в группе, кВт.

Поскольку , то эффективное число электроприемников равно фактическому числу электроприемников в группе . По таблице было определено значение в зависимости от группового коэффициента использования и эффективного числа электроприемников группы :. Затем были определены расчетные активная, реактивная и полная мощности:

где - коэффициент максимума реактивной нагрузки ( при ; при ).

2. Нагрузка однофазных электроприемников повторно-кратковременного режима, включенных на линейное напряжение, была приведена к длительному режиму:

Были определены мощности нагрузок отдельных фаз А, В, С (рисунок 2.2) как полусумма нагрузок двух плеч, прилегающих к данной фазе:

Рисунок 2.2 - Схема распределения однофазной нагрузки по фазам Наиболее загруженной фазой является фаза А, С (), а наименее загруженной фазой - фаза B ().

Степень неравномерности распределения нагрузки по фазам:

где - мощность наиболее нагруженной фазы, кВт; - мощность наименее нагруженной фазы, кВт.

Расчетная нагрузка однофазных электроприемников, включенных на фазное или линейное напряжение, при их числе более трех при одинаковом коэффициенте использования и , определялась по соотношениям:

Величина при определении для однофазных электроприемников была определена по выражению:

где - сумма номинальных мощностей однофазных электроприемников данного расчетного узла, кВт; - наибольшая номинальная мощность однофазного электроприемника, кВт.

В соответствии с п. 3.2.5.3 РТМ 36.18.32.4-92 «Указания по расчету электрических нагрузок»[2] найденное значение было округлено до ближайшего меньшего целого числа ().По таблице было определено значение в зависимости от группового коэффициента использования и эффективного числа электроприемников группы :.

3. Методом удельной мощности была определена нагрузка осветительной установки:

где - удельная мощность общего освещения, Вт/м2; - площадь помещения, м2.

4. Методом упорядоченных диаграмм были определены нагрузки ШМА1, ШМА2.

Все электроприемникиШМА1 были разделены на подгруппы с одинаковыми коэффициентами использования и мощности . Затем были определены средние активные и реактивные мощности за наиболее загруженную смену:

Групповой коэффициент использования был определен по формуле:

Показатель силовой сборки:

Эффективное число электроприемников:

По таблице было определено значение в зависимости от группового коэффициента использования и эффективного числа электроприемников группы :. Затем были определены расчетные активная, реактивная и полная мощности:

Аналогично была определена нагрузка для ШМА2. Результаты расчетов приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Сводная ведомость электрических нагрузок цеха

Наименование	n, шт.			, кВт	, кВт				, кВт	, кВАр	, кВА
РП1
Тельфер транспортный	9	0,30	0,50	10,53	18,2	8	0,30	1,72	18,1	20,02	27
РП2
Трансформатор сварочный	10	0,20	0,40	10,7	24,5	4	0,20	2,64	28,2	24,5	37,4
ШМА1
Компрессорная установка	1	0,65	0,80	18,2	13,65
Станок карусельный	2	0,14	0,86	11,2	6,6
Печь сопротивления	4	0,80	0,95	112	36,96
Транспортер роликовый	1	0,55	0,75	5,5	4,84
Всего по ШМА1	8		0,91	146,9	62,05	7	0,57	1,31	192,4	68,25	204,2
ШМА2
Компрессорная установка	1	0,65	0,80	18,2	13,65
Станок карусельный	2	0,14	0,86	11.2	6,6
Печь сопротивления	4	0,80	0,95	112	36,96
Транспортер роликовый	1	0,55	0,75	5,5	4,84
Всего по ШМА2	8		0,93	146,9	62,05	7	0,57	1,34	192,4	68,25	204,2
ЩО		0,85	0,98	1,7	0,34				1,7	0,34	1,7
Всего на НН без КУ			0,9	316,7	167,14				432,8	181,36	474,2

2.2 Выбор компенсирующего устройства

Расчетная реактивная мощность компенсирующего устройства определялась по выражению:

,

где - расчетная реактивная мощность компенсирующего устройства, кВАр; б - коэффициент, учитывающий повышение коэффициента мощности cosц естественным способом (); , - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации соответственно; - расчетная активная мощность на стороне НН, кВт.

Компенсацию реактивной мощности проводят до получения значения . Приняты значения, . Расчетная реактивная мощность компенсирующего устройства:

кВАр.

Выбраны две конденсаторные установки УКРМ 0,4 с реактивной мощностью каждая, по одной на секцию.

Фактический коэффициент реактивной мощности при использовании стандартной конденсаторной установки:



,

где - реактивная мощность конденсаторной установки, кВАр.

.

Реактивная мощность на стороне НН с конденсаторной установкой:

кВАр.

Полная мощность на стороне НН с конденсаторной установкой:

кВА.

Потери мощности в трансформаторах:

кВт;

кВАр;

кВА.

С использованием расчетных значений потерь в трансформаторах были определены активная, реактивная, полная мощности на стороне ВН.

кВт;

кВАр;

кВА.

Расчетная мощность трансформатора с учетом потерь:

Выбран трансформатор ТМГ-400/10-УХЛ1 с номинальной мощность . Результаты расчетов приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Сводная ведомость нагрузок

Параметр			, кВт	, кВАр	, кВА
Всего на НН без КУ	0,90	0,48	432,8	181,36	474,2
КУ				50
Всего на НН с КУ	0,94	0,35	432,8	131,36	452,3
Потери			9,0	45,23	46,116
Всего на ВН с КУ			441,8	176,59	498,416

2.3 Вывод

электрический нагрузка ток

В разделе был проведен расчет электрической нагрузки цеха методом упорядоченных диаграмм, выбор компенсирующего устройства. Расчетная активная мощность на шинах НН цеховой двухтрансформаторной подстанции составила 432,8 кВт, до установки компенсирующего устройства, после установки , суммарная мощность конденсаторных установок кВАр. С учетом установки компенсирующего устройства были определены мощность на стороне НН, потери в трансформаторах, мощность на стороне ВН. Выбраны трансформаторы ТМГ-400/10-УХЛ1.



Заключение

В первом разделе рассмотрена классификация электроприемников по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности, напряжению и роду тока.

Во втором разделе был проведен расчет электрической нагрузки цеха методом упорядоченных диаграмм, выбор компенсирующего устройства. Расчетная активная мощность на шинах НН цеховой двухтрансформаторной подстанции составила 425,4 кВт, до установки компенсирующего устройства, после установки , суммарная мощность конденсаторных установок кВАр. С учетом установки компенсирующего устройства были определены мощность на стороне НН, потери в трансформаторах, мощность на стороне ВН. Выбраны трансформаторы ТМГ-400/10-УХЛ1.

Размещено на Allbest.ru