Электроснабжение цеха сварки узлов

ΔР_т = 0,02·4243,4 = 84,8 кВт; ΔQ_т = 0,1·4243,4 – 424,4 квар; ΔР_л =

= 0,03·4243,4 = 127,3 кВт.

Суммарные активная и реактивная мощности нагрузки на шинах напряжением выше 1000 В будут:

Р_∑ = (∑Р_нн+∑Р_вв+ΔР_т+ΔР_л)·К_совм

QР_∑ = (∑Q_нн+∑Q_вв+ΔQ_т+ΔQ_л)·К_совм

где К_совм = 0,9÷0,95 – коэффициент совмещения максимумов нагрузок; 
Р_нн, Q_нн – соответственно активная и реактивная мощности на шинах низшего 
напряжения до 1000 В; Р_вв, Q_вв – соответственно активная и реактивная мощности на шинах высшего напряжения, в нашем случае их нет.

P_∑ = (2133,5 + 9,5 + 84,8 + 127,3)·0,92 = 2166,6 кВт;

Q_∑= (1734,2 + 13,7 + 424,3)·0,92 = 1998,4 квар.

Годовой расход электроэнергии силовыми электроприемниками:

W_с = Р_max·T_с = 2133.5·3950 = 8.42·10⁶ квт×час; V_o = Q_max·T_c = 1734,2·3950 =

=6,85·10⁶ квар, где Т_с = 3950 времени за максимально нагруженную смену [1, табл. 2.20].)

Годовой расход электроэнергии осветительными установками:

W_о = Р_о.рТ_о.ср = 9,5·1600 = 0,015·10⁶ квт×час; V_о = Q_max·T_c = 13,7·1600 =

= 0,022·10⁶ квар, где Т_о.ср = 1600 время горения освещения в средней полосе [1, табл.2.20].)

Годовые потери электроэнергии в трансформаторах:

W_T = ΔP_ТT_c = 84,8·3950 = 0,33·10⁶ квт×час; V_T = Q_max·T_c=13,7·1600 = 1,18·10⁶ квар.

Годовые потери электроэнергии в линиях:

W_л = ΔP_л·T_c = 127,3·3950 = 0,50·10⁶ квт×час.

Годовой расход электроэнергии цехом:

активной W_год = 10,13·10⁶ кВт;

реактивной V_год = 8,09·10⁶ квар.

Средневзвешенный  годовой коэффициент мощности:

Лист ст

17

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2.5 Компенсация реактивной мощности.

Основными потребителями  реактивной мощности являются асинхронные  двигатели и сварочные аппараты. Прохождение в электрических  сетях реактивных токов обуславливает  добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требует увеличение номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей системы электроснабжения.

Меры по снижению реактивной мощности: естественная компенсация без 
применения специальных компенсирующих устройств; искусственные меры с 
применением компенсирующих устройств.

К естественной компенсации относятся: упорядочение и автоматизация 
технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки; создание рациональной схемы электроснабжения за счет уменьшения количества ступеней трансформации; замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка; применение синхронных двигателей вместо асинхронных; ограничение продолжительности холостого ход двигателей и сварочных аппаратов.

К техническим средствам компенсации  реактивной мощности относятся: 
конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют 
конденсаторы (КБ) — специальные устройства, предназначенные для выработки 
реактивной емкостной мощности. Конденсаторы изготовляют на напряжение 
220, 380, 660, 6300 и 10500 В в однофазном и трехфазном исполнениях для 
внутренней и наружной установки. Они бывают масляные (КМ) и совтоловые 
(КС). Диэлектрическая проницаемость совтола примерно вдвое больше, чем 
масла. Однако допустимая отрицательная температура составляет – 10°С для 

Лист ст

18

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

совтоловых  конденсаторов, в то время как  масляные могут работать при температуре

 – 40° С. Широкое  применение конденсаторов для  компенсации реактивной мощности  объясняется их значительными преимуществами по сравнению с другими видами КУ: незначительные удельные потери активной мощности до 0,005 кВт/квар, отсутствие вращающихся частей, простота монтажа и эксплуатации, относительно невысокая стоимость, малая масса, отсутствие шума во время работы, возможность установки около отдельных групп ЭП и т.д.

Недостатки конденсаторных батарей: пожароопасность, наличие остаточного  заряда, повышающего опасность при  обслуживании; чувствительность к перенапряжениям  и толчкам тока; возможность только ступенчатого, а не плавного регулирования мощности.

Конденсаторы, как правило, собираются в батареи (КБ) и выпускаются 
заводами электротехнической промышленности в виде комплектных компенсирующих устройств (ККУ).

Удельная стоимость  конденсаторов высокого напряжения меньше удельной стоимости конденсаторов низкого напряжения, но конденсаторы низкого напряжения проще и надежнее в эксплуатации. Комплектные конденсаторные 
установки имеют встроенное разрядное сопротивление R для снятия остаточного напряжения при отключении ККУ от сети. Иногда в качестве разрядного сопротивления применяют два однофазных трансформатора напряжения или 
лампы накаливания (рис. 1).                        

Рис. 1 Схемы включения КУ

на шинах распределительной 

сети 0,38 кВ.

Лист ст

19

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Величина потребляемой мощности компенсирующих устройств: 
Q_к.y. = P_∑·(tgφ_св – tgφ_к)α – где tgφ_к = 0,329 нормированное значение, находится в 
зависимости от cosφ_к= 0,95, который необходимо получить после установки КУ, 
tgφ_св = 0,799 значение соответствующее сosφ_св = 0,7814; α – коэффициент, который вводится в расчёты с целью учёта возможности повышения коэффициента мощности мерами, не требующими установки компенсирующих устройств, считаем, что все меры уже были приняты.

Q_к.y. = 2365,0·(0,799 – 0,329) =1111,1 квар.

Из выпускаемых  выбираем такие комплектные конденсаторные установки ККУ, которые позволяют  получить чётное их число. Применим 2 установки 
типа УК-0,38-600 УЗ мощностью Q_к.cm = 600 квар каждая [6, табл.48.26]. Каждая 
из установок позволяет переключать ступени по 150 квар, что позволит частично регулировать компенсацию реактивной мощности в зависимости от режима работы оборудования. Перекомпенсация составит ΔQ=2·Q_к.cm.–Q_к.y=1200–1111,1= 88,9 квар - примерно 8%.

В ККУ устанавливается  разрядное сопротивление:

 кОм.

Определим активные потери в ККУ. Удельные потери для  статических 
конденсаторов на напряжение 0,4 кв составляют 0,004 кВт/квар. ΔР_к.у = 0,004·1200 = 4,8 кВт.

2.6 Окончательный выбор трансформатора.

Трансформаторы  цеховой подстанции должны обеспечивать мощность на

стороне нижнего  напряжения с учётом компенсации  не менее:

Расчётный ток  на стороне НН:

Лист ст

20

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Номинальная мощность трансформаторов:

В соответствии с [5, табл.4. 6] при преобладании нагрузки II категории β_т 
может достигать 0,8.

– компенсация реактивной мощности позволяет выбрать менее мощный трансформатор.

Выбираем по табл. 48.3 [6] 2КТП-1600 с двумя трёхфазными трансформаторами номинальной мощностью 2×1600 кВА с напряжением ВН – 10 кВ, НН – 0,4 кВ. В КТП установлены трансформаторы типа ТНЗ с негорючим жидким диэлектриком (совтол), потери х.х. Р_х.х = 3300 Вт, потери к.з. Р_к.з. = 18000 Вт, напряжение к.з. U_к.з. = 5,5%, ток х.х. I_х.х. = 1,3% – уменьшили установленную мощность трансформаторов.

Перегрузка при аварии:

β_та= 2489/1600 = 1,56; при температуре охлаждающего воздуха 10°С продолжительность допустимой аварийной перегрузки после работы с загрузкой 
2489/(2·1600) = 0,78 составляет более 4 часов, что позволяет принять меры для 
её устранения [4, Т.2 рис. 27. 8].

2.7 Выбор схем электроснабжения.

Внутрицеховые сети условно  делят на питающие и распределительные. Под питающими сетями понимают сети, отходящие непосредственно от распределительных устройств подстанций к первичным силовым пунктам и щитам. Под распределительными сетями понимают сети, отходящие от пунктов, 
щитов или шинопроводов непосредственно к электроприемникам. Питающие 
сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам. Распределительные сети чаще всего бывают радиальными.

Радиальные схемы (рис.2) следует применять при наличии  сосредоточенных нагрузок (крупные  электроприемники или группа мелких приемников)

Лист ст

21

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

во взрывоопасных, иногда пожароопасных цехах, а также  в цехах с химически 
активной средой и т.п.

1 – трансформатор; 2 –  щит низкого напряжения; 3 – питательный пункт; 4 – распределительный пункт; 5 – крупный двигатель или другой электроприемник.

При подобной схеме подстанция выполняется с развитым щитом 380 или 660 В, предназначенным для распределения  большей или даже всей мощности подстанции. Типичными примерами применения радиальных схем являются сети насосных, компрессорных станций, предприятий нефтехимической промышленности и т.п. К числу радиальных схем непосредственным питанием от ГПП и РУ относятся также все схемы питания отдельных приемников высокого напряжения (двигатели, печи и т. п.).

Рис. 3. Магистральная  схема 
распределения энергии:

1 – трансформаторы; 2 –автоматический выключатель 
подстанции; 3 – магистральный токопровод (шинопровод); 4 —распределительный токопровод (шинопровод); 5 – шкаф с рубильником и предохранитель (или автоматическим выключателем); 6 – шкаф с рубильником (разъединителем или автоматическимвыключателем).

Лист ст

22

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

При радиальных схемах много  места занимают распределительные устройства на подстанции, сети не обладают гибкостью при реконструкции, требуют больших капитальных затрат, снижается индустриализация монтажа.

Магистральные схемы (рис. 3) применяются при нагрузках, распределенных более или менее равномерно по площади цеха. При магистральных схемах 
электроприемники присоединяются к магистралям чаще всего непосредственно. Подстанции при магистральных схемах, как правило, выполняются по системе блока трансформатор – магистраль (БТМ) без развитого щита на подстанции. Прокладка магистралей выполняется на возможно меньшей высоте от пола (3–4 м). Конструкция магистралей должна допускать удобное ответвление к приемникам в любом месте магистрали.

Для электроснабжения цеховых  потребителей в практике проектирования 
редко применяют радиальные или магистральные схемы в чистом виде. Наибольшее распространение находят так называемые смешанные схемы электрических сетей (рис. 4), сочетающие в себе элементы как радиальных, так и магистральных схем.

Рис. 4. Смешанная схема распределения энергии:

1 – трансформатор; 2 –автома-тический  выключатель подстанции; 3 – магистральный  токопровод (шино-провод);4 – распределительный  токопровод (шинопровод); 5 – распре-делительный  пункт; 6 – ящик с рубильником  и предохранителями (или

автоматическим выключателем).

Смешанные схемы наиболее полно удовлетворяют требованиям  дешевизны установки, ее надежности и простоты в эксплуатации и считаются  наиболее прогрессивным способом цехового распределения энергии. Конструкции 

Лист ст

23

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

смешанных сетей выбирают в зависимости от характеристики и конструкции здания и размещения приемников по площади цеха.

Питание крупных электроприемников  напряжением до 1 кВ осуществляется по радиальной схеме в зависимости от размещения их относительно подстанции либо непосредственно от нее, либо от главных магистралей.

Главные магистрали выполняются  преимущественно в виде комплектных 
шинопроводов заводского изготовления. Шинопроводом называется жесткий 
токопровод заводского изготовления напряжением до 1 кВ, поставляемый комплектными секциями.

Внутрицеховые электрические сети напряжением до 1 кВ различаются 
между собой по многим конструктивным признакам. Конструкции сетей зависят от материала проводников, способов изоляции, условия окружающей среды, от степени ответственности электроустановки, от расстояния источника питания до потребителя, от характера нагрузки (спокойная, ударная) и других факторов.

По способам изоляции сети напряжением до 1 кВ можно разделить на две большие группы: выполняемые из шин и неизолированных проводов и из изолированных проводов и кабелей. К сетям напряжением до 1 кВ, выполняемым неизолированными проводами, относятся ВЛ, которые на 
промышленных предприятиях имеют крайне ограниченное применение. Из неизолированных и изолированных 
шин выполняют шинопроводы. Электропроводки и кабельные линии (КЛ) относятся к сетям, выполненным из

изолированных проводников.

Рис.5 Внутрицеховые  установки

Лист ст

24

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

На (рис 5) показано устройство внутрицеховых  электроустановок, соединение которых  между собой по определённой схеме  образует цеховую электрическую  сеть.

На (рис 1), представляющем собой поперечный разрез пролёта производственного помещения цеха, показаны открытые шинные магистрали 1, расположенные в верхней зоне (А) цеха. Там же установлен осветительный шинопровод 2. На капители колонны в зоне (Б) расположен троллейный шинопровод 3 для питания нагрузок мостового крана, по конструкциям вдоль стены цеха в зоне (В) размещены распределительный 4 и магистральные 8 шинопроводы. В цехе в зоне (Д) имеется кабельный каннал 6 для прокладки внутрицеховых кабелей, распределительный шкаф 5 для питания силовых электро-приемников и осветительный щиток 7 зона (Г).

В данном случае схема 
электроснабжения выполняется по смешанной схеме. Крупные и ответственные приемники электрической энергии питаются по радиальной схеме, Средние и мелкие приёмники электрической энергии разделяются по принципу их назначения и местоположения в цехе. Для них применяется магистральная схема электроснабжения. Данный принцип позволяет создать систему электроснабжения с повышенной

Лист ст

25

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

надежностью и высокими технико-экономическими характеристиками. ТПП 
выполняем по схеме БТМ.

2.7.1 Схема ТПП.

Цеховая подстанция устанавливается  в отдельном помещении, необходимость  резервирования источников питания  требует запитывания обоих трансформаторов  от отдельных линий ГПП, следовательно, должно быть два ввода. Эти вводы должны иметь возможность переключения, т.е. должна быть предусмотрена АВР. Со стороны НН также должен быть предусмотрен автоматический переключатель. Подстанция выполняется с выключателями на вводах на стороне ВН. Выключатели В1 и ВЗ в нормальном режиме включены, а В2 – выключен, каждая секция шин питается от своего ввода. При аварийном отключении одного из вводов при помощи устройства АВР включается секционный выключатель В2 и электроснабжение подстанции переводится на один ввод. При выходе из строя одного из трансформаторов АВР подключает S1 и шины по НН подключаются вместе для подачи напряжения на потребители от одного трансформатора. Защита трансформаторов со стороны ВН осуществляется плавкими предохранителями типа ПК, со стороны НН – типа ПН2.

КТП помимо секций с трансформаторами комплектуется вводами и блоками  КРУ – комплектными распределительными устройствами, которые содержат аппаратуру защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами. В комплектных цеховых ТП по ВН применяю выключатели ВНП, по НН –автоматические выключатели АВМ.

Рис.6

2.7.2 Защита трансформаторов.

На цеховых подстанциях  устанавливается  максимально-токовая защита, защита от однофазных замыканий на землю на  стороне НН. Высоковольтные предохранители типа ПК обеспечивают защиту   от     

Лист ст

26

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата