Характеристика автоматизированного цеха, электрических нагрузок и технологического процесса

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 = К_м'  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  (Р_н);

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

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

                                                  ∑Р_н=

                                                    

графа 5 - коэффициент  использования электроприемников (К_и);

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 (Р_см)                                                  ;                                                

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

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

графа 12 - эффективное число электроприемников, n_э;

графа 13 -  коэффициент  максимума активной нагрузки,  K_м ;

графа 14 -  коэффициент  максимума реактивной нагрузки. К_м';

графа 15 - максимальная активная мощность Р_м, определяемая по формуле:                                                ΣР_м=К_м∙ΣР_см                                                         

где    P_м – максимальная активная нагрузка,( кВт)

K_м – коэффициент максимума активной нагрузки ;                

графа 16 -  максимальная реактивную мощность Q_м, ;

графа 17 -  максимальная полная мощность S_м, определяемая по формуле:                                            ΣS_м=                                                     

графа 18 - максимальный ток I_м, 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 _{= 1,7 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

Р_ном = 2,5 кВт;  п = 6         ;  К_и  = 0,2           _;     tgφ = 1,33

Рсм  = 0,2 * 15 = 7,2 кВт;                                 

Qсм = 7,2 * 1,33 = 9,6 квар

 

№ 39 кран-тележка ПВ 60%

Р_ном =   1,7 кВт;  п =  1  ;  К_и  = 0,1   _;     tgφ = 1,73

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

Qсм = 0,17 * 1,73 = 0,3 квар;

 

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

 

ΣР _см = 7,2 + 0,17 = 7,4 кВт;

ΣQ_см = 9,6 + 0,3 = 10 квар;

S _см= ,  S _см= 12,4 кВА

Определяем среднее значение cosφ и tgφ по РП-1:

                ;                                

cosφ = 7,4 / 12,4 = 0,6;     tgφ = 10 / 7,4 = 1,6

 

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  = К_мРсм ,    Рм  = 2,64 * 7,4 = 19,5 кВт;

Qм = К_м'  Qсм ,  Qм = 1,1 * 10 = 11 квар;

 Sм= ,  Sм = 22,4 кВА

Максимальный ток I_м, определяем по формуле:

                                               ,             I_м = 34 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:

Р_ном =   4  кВт;  п =  2 ;  К_и  = 0,1 7   _;     tgφ = 1,17

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

Qсм = 1,4 * 1,17 = 1,6 квар;

№ 25 барабан виброголтовочный:

Р_ном =   5  кВт;  п =  1  ;  К_и  = 0,17    _;     tgφ = 1,17

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

Qсм = 0,9 * 1,17 = 1,0 квар;

№ 26 станок виброголтовочный:

Р_ном =   10  кВт;  п =  1  ;  К_и  = 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;

ΣQ_см = 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  = К_мРсм ,    Рм  = 3,22 * 4 = 12,9 кВт;

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

 Sм= ,  Sм = 14 кВА

Максимальный ток I_м, определяем по формуле:

                                               ,             I_м = 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:

Р_ном =   1,8  кВт;  п =  10  ;  К_и  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 18 = 3,1 кВт;                                 

Qсм = 3,1 * 1,73 = 3,6 квар;

№ 40, 41 электроточило наждачное:

Р_ном =   2,2  кВт;  п =  2  ;  К_и  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

Рсм  = 0,17 * 4,4 = 0,75 кВт;