Электроснабжение электромеханического цеха

При выборе мощности трансформаторов необходимо исходить из экономической нагрузки, допустимой перегрузки, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузки, расчетной нагрузки. Поскольку к моменту проектирования все указанные факторы нельзя определить, то мощность трансформаторов выбирают так, чтобы обеспечивалось питание полной нагрузки при работе трансформаторов в нормальных условиях с коэффициентом загрузки 0,7…0,75. При выходе одного трансформатора или линии из строя второй трансформатор не должен быть перегружен более чем на 40% в течение 5 суток при работе в таком режиме по 6 час. каждые сутки.

Электрические сети внутри объекта выполняются по магистральным, радиальным или смешанным схемам. Смешанные схемы питания, сочетающие принципы радиальных и магистральных систем распределения электроэнергии имеют наибольшее распространение на крупных объектах. Степень резервирования определяется категорийностью потребителей.

Поскольку автоматизированный цех по категории надежности ЭСН относится к потребителям 3 категории, то выбираем трансформаторную подстанцию с одним трансформатором. К шинам низшего напряжения трансформаторной подстанции подключены через вводные выключатели РП-1, РП-2, ШР-1, ШР-2, ШР-3 и ЩО:

РП-1 через линейный выключатель запитывает электроприемники № 16, 17, 39;

РП-2 – через линейный выключатель запитывает электроприемники № 23-26

ШР-1 – через линейный выключатель запитывает электроприемники №29-38, 40-46;

ШР-2 – через линейный выключатель запитывает электроприемники №18-28;

ШР–3 – через линейный выключатель запитывает электроприемники № 1-15.

Однолинейная схема электроснабжения автоматизированного цеха представлена на рис. 2.1

 

2. Расчет электрических нагрузок, компенсирующего устройства и выбор трансформаторов

 

Расчет электрических нагрузок. При разработке проекта электроснабжения промышленного предприятия необходимо определить электрическую нагрузку, передачу которой требуется обеспечить для нормальной работы объекта. В зависимости от этого значения, называемого расчетной нагрузкой, выбирают источник электроснабжения и все оборудование электрической сети: линии, трансформаторы, распределительные устройства. Неточность определения расчетной нагрузки приводит или к перерасходу шин, кабелей и проводов, или к низкой надежности электроснабжения.

Максимальная мощность, потребляемая группой приемников с переменной нагрузкой, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих приемников. Это объясняется тем, что приемники не всегда загружаются на полную мощность, а их наибольшие нагрузки не совпадают по времени. Учитываем указанное обстоятельство при выборе элементов системы электроснабжения во избежание завышения их пропускной способности и стоимости.

Расчёт электрических нагрузок производится методом упорядоченных диаграмм – это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Рм,  Qм,  Sм ) расчетных нагрузок группы электроприемников.

Рм  = Км Рсм ;           Qм = Км'  Qсм ;       Sм=    ,

где  Рм  - максимальная активная нагрузка, кВт;

       Qм  - максимальная реактивная нагрузка, квар;

        Sм  - максимальная полная нагрузка, кВА;                             

        Км  - коэффициент максимума активной  нагрузки, определяется по (7, табл.1.5.3) и зависит от коэффициента  использования и эффективного  числа электроприемников.

Коэффициент максимума значительно изменяется в зависимости от числа приемников при малых значениях nэ . Поэтому при nэ меньше четырех не пользуются коэффициентом максимума для определения максимальной реактивной мощности, а находят Рм как сумму номинальных мощностей приемников с учетом их коэффициента загрузки Рм  = Кз Рном;

 

        Км'  - коэффициент максимума реактивной  нагрузки;

        Рсм  - средняя активная мощность за  наиболее нагруженную смену, кВт;

        Qсм  - средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену, квар.

 

;    Qсм = Р см  tgφ,

где    Ки  - коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации  (7, табл. 1.5.1);

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

tgφ – коэффициент реактивной мощности;

nэ =  F(n, m, Ки ср, Рн) – эффективное число электроприемников, может быть определено по упрощенным вариантам (7, табл.1.5.2);

Ки.ср – средний коэффициент использования группы электроприемников,

      

Средний коэффициент мощности cosφ и средний коэффициент реактивной мощности tgφ.

                ;                                

  m – показатель силовой сборки в группе   

m =  Рн нб / Рн нм ,

где    Рн нб , Рн нм  - номанальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе.

В соответствии с практикой проектирования принимается Км' = 1,1 при nэ < 10;    Км' = 1 при nэ > 10.

 

Производим расчет нагрузок и составляем сводную ведомость нагрузок по автоматизированному цеху в табличной форме (табл. 2.1):

графа 1 - наименование групп электроприемников и узлов питания;

графа 2 - мощность электроприемников и узлов питания  (Рн);

графа 3 - количество электроприемников для групп и узла питания  (n);

графа 4 - суммарная номинальная мощность (Рн∑ ) для групп приемников и узла питания

                                                  ∑Рн=

                                                    

графа 5 - коэффициент использования электроприемников (Ки);

графа 6 и 7 - tg и cosφ для групп приемников определяется по (7, табл.1.5.1);

графа 8 - показатель силовой сборки в группе m;

графа 9 -  средняя активная мощность за наиболее загруженную смену (Рсм)                                                  ;                                                

графа 10 - средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену (Qсм)                                               ;                                                   

графа 11 - средняя нагрузка за наиболее загруженную смену (Sсм)                                             S = ;                                              

графа 12 - эффективное число электроприемников, nэ;

графа 13 -  коэффициент максимума активной нагрузки,  Kм ;

графа 14 -  коэффициент максимума реактивной нагрузки. Км';

графа 15 - максимальная активная мощность Рм, определяемая по формуле:                                                ΣРм=Км∙ΣРсм                                                         

где    Pм – максимальная активная нагрузка,( кВт)

Kм – коэффициент максимума активной нагрузки ;                

графа 16 -  максимальная реактивную мощность Qм, ;

графа 17 -  максимальная полная мощность Sм, определяемая по формуле:                                            ΣSм=                                                     

графа 18 - максимальный ток Iм, определяемый по формуле:

                                                

Приведем мощность 3-х фазных  электроприемников автоматизированного цеха с повторно-кратковременным режимом работы к длительному режиму:

 

- Кран тележка  №39:

Рн  = 2,2 кВт, ПВ = 60%                 

Рн = Рн = 1,3 кВт

 

Произведем расчет нагрузок на РП – 1. К РП-1 через линейный выключатель подключены электроприемники № 16, 17, 39. Определяем для данных электроприемников Ки, cosφ и tgφ (7, табл. 1.5.1.).

Рассчитываем среднюю активную и реактивную мощности за наиболее нагруженную смену:

;       Qсм=Рсмtgφ ; S см= ,

 

№ 16, 17 – преобразователи сварочные типа ПСО-300

Рном = 2,5 кВт;  п = 2         ;  Ки  = 0,2           ;     tgφ = 1,33

Рсм  = 0,2 * (12*2) = 5,8 кВт;                                 

Qсм = 5,8 * 1,33 = 7,7 квар

 

№ 39 кран-тележка ПВ 60%

Рном =   1,3 кВт;  п =  1  ;  Ки  = 0,1   ;     tgφ = 1,73

Рсм  = 0,1 * 1,3 = 0,13 кВт;                                 

Qсм = 0,13 * 1,73 = 0,2 квар;

 

Рассчитываем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по РП-1:

 

ΣР см = 5,8 + 0,13 = 6 кВт;

ΣQсм = 7,7 + 0,2 = 8 квар;

S см= ,  S см= 10 кВА

Определяем среднее значение cosφ и tgφ по РП-1:

                ;                                

cosφ = 6 / 10 = 0,6;     tgφ = 8 / 6 = 1,3

 

Определяем по (7, табл.1.5.3) коэффициент максимума активной нагрузки Км, который зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.     В соответствии с практикой проектирования коэффициент максимума реактивной нагрузки Км' принимается равным 1,1 при nэ < 10.   

Определяем максимальные  активную, реактивную и среднюю мощности (Рм,  Qм,  Sм ) расчетных нагрузок группы электроприемников:

Рм  = КмРсм ,    Рм  = 1,32 * 6 = 7,9 кВт;

Qм = Км'  Qсм ,  Qм = 1,32 * 8 = 10,6 квар;

 Sм= ,  Sм = 13,2 кВА

Максимальный ток Iм, определяем по формуле:

                                               ,             Iм = 20,3 А                         

        

Заносим все полученные результаты по РП-1 в сводную ведомость нагрузок автоматизированного цеха. (табл.2.1.).

 

Произведем расчет нагрузок на РП – 2. К РП-2 через линейный выключатель подключены электроприемники № 23-26. Определяем для данных электроприемников Ки , cosφ и tgφ (7, табл. 1.5.1.).

Рассчитываем среднюю активную и реактивную мощности за наиболее нагруженную смену:

;       Qсм=Рсм tgφ

№ 23,24 – барабаны голтовочные:

Рном =   4  кВт;  п =  2 ;  Ки  = 0,1 7   ;     tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 8 = 1,4 кВт;                                 

Qсм = 1,4 * 1,17 = 1,6 квар;

№ 25 барабан виброголтовочный:

Рном =   5  кВт;  п =  1  ;  Ки  = 0,17    ;     tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 5 = 0,9 кВт;                                 

Qсм = 0,9 * 1,17 = 1,0 квар;

№ 26 станок виброголтовочный:

Рном =   10  кВт;  п =  1  ;  Ки  = 0,17 ;       tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 10 = 1,7 кВт;                                 

Qсм = 1,7 * 1,73 = 2,0 квар;

 

Рассчитываем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по РП-2:

 

ΣР см = 1,4 + 0,9 + 1,7 = 4,0 кВт;

ΣQсм = 1,6 + 1,0 + 2,0 = 4,6 квар;

S см= ,  S см= 6,1 кВА

Определяем среднее значение cosφ и tgφ по РП-2:

                ;                                

cosφ = 0,65;     tgφ = 1,17

 

Определяем по (7, табл.1.5.3) коэффициент максимума активной нагрузки Км, который зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.     В соответствии с практикой проектирования коэффициент максимума реактивной нагрузки Км' принимается равным 1,1 при nэ < 10.   

Определяем максимальные  активную, реактивную и среднюю мощности (Рм,  Qм,  Sм ) расчетных нагрузок группы электроприемников:

Рм  = КмРсм ,    Рм  = 3,22 * 4 = 12,9 кВт;

Qм = Км'  Qсм ,  Qм = 1,1 * 4,6 = 5,1 квар;

 Sм= ,  Sм = 14 кВА

Максимальный ток Iм, определяем по формуле:

                                               ,             Iм = 21 А                         

        

Заносим все полученные результаты по РП-2 в сводную ведомость нагрузок автоматизированного цеха. (табл.2.1.).

 

Произведем расчет нагрузок на ШР-1. К ШР-1 через линейный выключатель подключены электроприемники № 29-38, 40-46. Определяем для данных электроприемников Ки , cosφ и tgφ (7, табл. 1.5.1.).

Рассчитываем среднюю активную и реактивную мощности за наиболее нагруженную смену:

;       Qсм=Рсмtgφ

№ 29-38 автоматы гайконарезные:

Рном =   1,8  кВт;  п =  2  ;  Ки  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 1,8 = 0,3 кВт;                                 

Qсм = 0,3 * 1,73 = 0,5 квар;

№ 40, 41 электроточило наждачное:

Рном =   2,2  кВт;  п =  2  ;  Ки  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

 

Рсм  = 0,17 * 4,4 = 0,75 кВт;                                 

Qсм = 0,75 * 1,73 = 0,87 квар;

№ 42 автомат высадочный:

Рном =   6 кВт;  п =  1  ;  Ки  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 6 = 1,0 кВт;                                 

Qсм = 1,0 * 1,73 = 1,2 квар;

№ 43,44 вибросито:

Рном =   0,8  кВт;  п =  2  ;  Ки  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 0,8= 0,3 кВт;                                 

Qсм = 0,3 * 1,73 = 0,32 квар;

№ 45, 46 вентиляторы::

Рном =   4  кВт;  п =  2  ;  Ки  = 0,6 ;        tgφ = 0,75

Рсм  = 0,6 * 8= 4,8 кВт;                                 

Qсм = 4,8 * 0,75 = 3,6 квар;

 

Рассчитываем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по ШР-1:

ΣР см = 0,3 + 0,75 + 1,0 + 0,3 + 4,8 = 7 кВт;

ΣQсм = 0,5+0,87+1,2 + 0,32 + 3,6 = 6,5 квар;

S см= ,  S см= 9 кВА

 

Определяем по (7, табл.1.5.3) коэффициент максимума активной нагрузки Км, который зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.     В соответствии с практикой проектирования коэффициент максимума реактивной нагрузки Км' принимается равным 1,0 при nэ > 10.