Характеристика автоматизированного цеха, электрических нагрузок и технологического процесса

Qсм = 0,75 * 1,73 = 0,87 квар;

№ 42 автомат высадочный:

Р_ном =   6 кВт;  п =  1  ;  К_и  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

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

Qсм = 1,0 * 1,73 = 1,2 квар;

№ 43,44 вибросито:

Р_ном =   0,8  кВт;  п =  2  ;  К_и  = 0,17 ;        tgφ = 1,17

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

Qсм = 0,3 * 1,73 = 0,32 квар;

№ 45, 46 вентиляторы::

Р_ном =   4  кВт;  п =  2  ;  К_и  = 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 = 3,3 + 0,75 + 1,0 + 0,3 + 4,8 = 9,95 кВт;

ΣQ_см = 3,6+0,87+1,2 + 0,32 + 3,6 = 9,6 квар;

S _см= ,  S _см= 13,8 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.   

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

Рм  = К_мРсм ,    Рм  = 1,41 * 9,95 = 14 кВт;

Qм = К_м'  Qсм ,  Qм = 1 * 9,6 = 9,6 квар;

 Sм= ,  Sм = 17 кВА

Максимальный ток I_м, определяем по формуле:

                                               ,             I_м = 26 А                          

        

_{Заносим все полученные результаты по ШР-1 в сводную ведомость нагрузок автоматизированного цеха (табл.2.1.).}

_{Расчет нагрузок по ШР-2, ШР-3 произведен аналогично, результаты расчетов сведены в табл. 2.1.}

_{По результатам  расчетов, зная максимальный ток, выбираем распределительные шинопроводы типа ШРМ-75}

 со следующими техническими данными:

Номинальный ток  -  100 А;

Номинальное напряжение  -  380В;

Частота  -  50 Гц;

Максимальное расстояние между  точками крепления – 2000 мм.

 

_{Определяем  потери в трансформаторе, результаты заносим в колонки 15, 16, 17 сводной ведомости нагрузок:}

Р_т = 0,02 S_нн = 0,02 * 115,6 = 2,3 кВт;

Q_т = 0,1 S_нн = 0,1 * 115,6 = 11,6 квар;

S_т = 11,8 кВА;

 

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь

S_т > S_р = 0,7 S_вн = 0,7 * 123,4 = 86,38 кВА.

Проведем предварительный выбор  трансформатора, без учета компенсирующих устройств.

По (2, табл.6.1.)  выбираем трехфазный масляный трансформатор типа ТМ –  160/ 10: Р=160 кВА; U1н = 10 кВ;  U2н = 0,4 кВ; uк = 4,5 %; i0 = 2,3 %

 

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформатора

К_з = S_нн/ S_т

 К_з = 115,6/160 = 0,73 , что соответствует рекомендуемому коэффициенту загрузки трансформаторов цеховых ТП с нагрузкой 3 категории (0,7…0,9).

Окончательный выбор трансформатора сделаем с учетом компенсирующих устройств.

 

 

 

Расчет компенсирующих устройств  и выбор трансформаторов.

Передача значительной реактивной мощности в системе электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам:

- возникают дополнительные потери  активной мощности во всех  элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью;

- возникают дополнительные потери  напряжения, что приводит к снижению  качества электроэнергии и дополнительным  затратам на ввод средств регулирования  напряжения;

- загрузка реактивной мощностью линий электропередачи и трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов воздушных и кабельных линий, повышения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и оборудования ячеек распределительных устройств.

Работа машин и аппаратов переменного тока, основанная на принципе электромагнитной индукции, сопровождается процессом непрерывного изменения магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассеяния. Поэтому подводимый к ним поток мощности должен содержать не только активную составляющую Р, но и реактивную составляющую индуктивного характера Q, необходимую для создания магнитных полей, без которых процессы преобразования энергии, тока и напряжения невозможны.

Технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению передачи реактивной мощности , которые можно разделить на две группы:

- применение компенсирующих устройств;

- снижение потребления реактивной  мощности приемниками электроэнергии  без применения компенсирующих устройств.

Мероприятия первой группы предусматривают установку специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления.

Мероприятия второй группы должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных вложений. К таким мероприятиям относятся:

- упорядочение технологического  процесса, ведущее к улучшению  энергетического режима оборудования;

- замена малозагруженных двигателей  двигателями меньшей мощности;

- понижение напряжения  у двигателей, систематически работающих  с малой загрузкой;

- ограничение продолжительности  холостого хода электродвигателей;

- применение синхронных двигателей  вместо асинхронных той же  мощности в случаях, когда это  возможно по условиям технологического процесса;

- повышение качества ремонта  двигателей;

- замена и перестановка малозагруженных  трансформаторов;

- отключение части трансформаторов   в периоды снижения их нагрузки (например, в ночное время).

Задачи компенсации реактивной мощности должны решаться в соответствии с Указаниями по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях совместно промышленным предприятием и энергосистемой с учетом регулирования напряжения района, в котором расположено предприятие. Для стимулирования проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности на действующих предприятиях Госэнергонадзором установлена шкала скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию.

Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов  и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы. Батареи конденсаторов (БК) – это специальные емкостные компенсирующие устройства, предназначенные для выработки реактивной мощности. В настоящее время выпускаются  комплектные конденсаторные установки (ККУ) серии УК-0,38 напряжением 380 В мощностью 110-900 квар и серии УК-6/10 мощностью 450-1800 квар. Оборудование ККУ размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления.

При отключении конденсаторы сохраняют  напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности требуется применение разрядных устройств. В качестве разрядных устройств в ККУ на 6(10) кВ применяют два однофазных заполненных маслом трансформатора напряжения НОМ. В ККУ 380-660 В вместо НОМ для этой же цели используют резисторы или лампы накаливания. При индивидуальной компенсации электроприемника разрядные сопротивления не требуются.

Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели и индукционные печи.

 

 

 

В табл.2.2 приведены  исходные данные для выбора компенсирующего  устройства

 

Табл.2.2

Исходные данные для выбора КУ

Параметр	cosφ	tgφ	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
Всего на НН без компенсирующего  устройства	0,72	0,96	102	54,3	115,6

        

 

 

 Для выбора компенсирующих  устройств определяем расчетную  мощность компенсирующего устройства

где Qкр – расчетная мощность КУ, квар;

- коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается 0,9;

tgφ, tgφ_k –коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Принимается cosφ_k  = 0,95, тогда tgφ_{k  =} 0,33

 

Qкр = 0,9 * 102 (0,96 – 0,33) = 57,8 квар

 

По (3, табл.31.24) выбираем 3 конденсатора типа КС1-0,38-18-3У3 мощностью 18 квар каждый.

Тогда Qкр = 3 * 18 = 51 квар.

Определяем фактические значения cosφ_k и tgφ_k после компенсации реактивной мощности

tgφ_{k  =}  tgφ – Qкр/ P_м,;

tgφ_{k =} 0,96 – 51/(0,9 * 102) = 0,4; тогда cosφ_{k =} 0,9.

 

Определяем потери в трансформаторе

Р_т = 0,02 S_нн = 0,02 * 102,1 = 2,0 кВт;

Q_т = 0,1 S_нн = 0,1* 102,1 = 10,2 квар;

S_т = 10,4 кВА;

 

 

Результаты расчетов выбора компенсирующего устройства заносим в табл.2.3.

 

Табл.2.3.

Параметр	cosφ	tgφ	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
Всего на НН без компенсирующего  устройства	0,72	0,96	102	54,3	115,6
Компенсирующее устройство				3 х 18
Всего на НН с КУ	0,9	0,4	102	3,3	102,1
Потери			2,0	10,2	10,4
Всего на ВН с КУ			104,0	13,5	104,9

      

 

Определяем расчетную  мощность трансформатора с учетом потерь

S_т > S_р = 0,7 S_вн = 0,7 * 104,9 = 73,4 кВА.

 

По (2, табл.6.1.)  выбираем трехфазный масляный трансформатор  типа

ТМ – 400/ 10 / 0,4:

 

Р=400 кВА;

U1н = 10 кВ; 

U2н = 0,4 кВ;

uк = 4,5 %;

i0 = 2,3 %

 

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформатора

К_з = S_нн/ S_т

 К_з = 102,1/ 160 = 0,64

Коэффициент загрузки масляного трансформатора  ТМ-160/10/0,4 несколько ниже рекомендуемых ПУЭ значений (0,7…0,75), но установить в автоматизированном цехе трансформатор меньшей мощности нельзя, так как его коэффициент загрузки будет > 1.

 

 

 

 

2.3. Расчет и выбор элементов электроснабжения

 

 

В сетях и установках напряжением  до 1000 В возможны ненормальные режимы, связанные с увеличением тока (сверхтоком), к которому приводят перегрузки, самозапуск электродвигателей, короткое замыкание. Эти ненормальные режимы могут привести к повреждению электрических сетей и оборудования, созданию ситуаций, опасных для персонала. Поэтому сети и установки должны быть защищены от перегрузок и токов короткого замыкания.

Согласно ПУЭ  сети разделяют на защищаемые от перегрузок и токов короткого замыкания  и на защищаемые только от токов  короткого замыкания. Защите от перегрузок подлежат следующие сети:

- внутри помещений, выполненные проложенными открыто незащищенными изолированными проводами или проводами с горючей оболочкой;

- внутри помещений,  выполненные защищенными проводами,  проложенными в трубах, несгораемых  строительных конструкциях и  т.п.;

- сети освещения общественных и торговых помещений, служебно-бытовых помещений промышленных предприятий, включая сети для бытовых и переносных электроприемников, а также пожароопасных помещений;

- силовые сети  на промышленных предприятиях, в  жилых и общественных зданиях, торговых помещениях, когда по условиям технологического процесса или режима работы сетей может возникать их длительная перегрузка;

- сети всех  видов во взрывоопасных наружных  установках независимо от условий  технологического процесса или  режима работы сетей.

Все остальные  сети не требуют защиты от перегрузок и должны быть защищены только от токов  короткого замыкания.