Проектирование системы электроснабжения токарного цеха

 

1. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1.  Расчет электрических нагрузок

 

При расчете силовых  нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспе6чения нормальной работы силовых электроприемников.

По

тому правильное определение  электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей.

Существует три метода расчета электрических нагрузок:

- метод коэффициента  спроса;

- метод упорядоченных  диаграмм (метод коэффициента максимума);

- метод удельного потребления  электрической энергии на единицу выпускаемой продукции.

Расчет электрических  нагрузок ведем методом упорядоченных  диаграмм, так как для определения  электрических сетей и установок  необходимо знать кроме средних  нагрузок также максимальные нагрузки для выбора электросетей, электрооборудования и защиты. Так же в электромеханическом цехе установлены разные по режиму работы по режиму работы и по мощности электрические потребители и влиянием отдельного потребителя на общую нагрузку пренебречь нельзя.

Коэффициент максимума  К_макс, служит для перехода от средней мощности нагрузки за  наиболее загруженную смену.

Для удобства расчета  составляем таблицу 1.1, в которую  вносим электрические потребители по распределительным пунктам. В нашем случае имеется пять распределительных пунктов и мы отдельно для каждого рассчитываем активную, реактивную и полную мощности, а также максимальный ток. Произведем расчет по РП-1, а остальные распределительные пункты рассчитываются аналогично.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем среднюю  активную мощность за наиболее загруженную смену:

где К_и – коэффициент использования, который показывает, как используется активная мощность за смену и cos φ;

ƩР_ном – суммарная мощность, кВт.

 

Р_ср1 = 0,1 · 36 = 3,6 кВт

Р_ср2 = 0,1 · 2 · 3,2 = 0,64 кВт

Р_ср3 = 0,14 · 2 = 0,28 кВт

Р_ср4 = 0,14 · 4,4 = 0,62 кВт

Р_ср5 = 0,14 · 20 = 2,8 кВт

 

Определим среднюю реактивную мощность за наиболее загруженную смену:

 

Q_ср = Р_ср · tgφ

где Р_ср – средняя активная мощность, кВт

 

Q_ср1 = 3,6 · 1,73 = 6,23 кВАр

Q_ср2 = 0,64 · 1,73 = 1,11 кВАр

Q_ср3 = 0,28 · 1,73 = 0,48 кВАр

Q_ср4 = 0,62 · 1,73 = 1,07 кВАр

Q_ср5 =2,8 · 1,73 = 4,84 кВАр

 

Определяем сумму активной и реактивной мощности:

ƩРср = 3,6 + 0,64 + 0,28 + 0,62 + 2,8 = 7,94

ƩQ_ср = 6,23 + 1,11 + 0,48 + 1,07 + 4,84 = 13,73

 

Определяем среднее  значение коэффициента использования:

К_иРП-1 = ƩР_ср / ƩР_ном

где ƩР_ср – сумма активной мощности, кВт

ƩР_ном - общая мощность по РП-1, кВт

К_иРП-1 = 7,94 / 68,8 = 0,12

 

Определяем модуль силового распределительного пункта m по формуле:

 

m = Р_макс / Р_мин

где Р_макс – номинальная мощность наибольшего электроприемника, кВт;

Р_мин  - номинальная мощность наименьшего электроприемника, кВт;

 

m = 36 / 2 = 18

 

Определяем эффективное  число электроприемников – это  число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

n* = n1 / n = 7 / 8 = 0.875

P* = Р_n1 / Р_н.n = 32,8 / 68,8 = 0,48

n_э* = f(n*,P*) = 0,28

n_э = n_э* · n = 0,28 · 8 = 2,24

 

Определяем коэффициент максимума активной мощности в зависимости от эффективного числа и общего коэффициента использования для РП-1

 

К_макс = 3,22

Р_макс = К_макс · ƩРср

где К_макс – коэффициент максимума;

ƩРср – сумма активной мощности, кВт

 

Р_макс = 3,22 · 7,94 = 25,6 кВт

 

Определяем максимальную реактивную мощность

В соответствии с практикой  проектирования принимают:

 

Q_макс = 1,1 · ƩQ_ср, если n_эф ≤ 10

Q_макс = ƩQ_ср, если n_эф > 10

где ƩQ_ср – сумма реактивной мощности, кВАр

 

Q_макс = 1,1 · 13,73 = 15,1 кВАр Р_макс

 

Определяем полную максимальную мощность:

 

где Р_макс – максимальная мощность в, кВт;

Q_макс – максимальная реактивная мощность, кВАр.

 

 

Определим максимальный расчетный ток нагрузки:

где S_макс – полная максимальная мощность, кВА;

U_ном – номинальное напряжение, кВ.

 

I_макс = 29,7 / (√3 · 0,38) = 45 А

 

Расчет для остальных  групп электроприемников аналогичен. Результаты расчетов заносятся в сводную ведомость нагрузок по цеху.

 

Определяем общую силовую нагрузку по электромеханическому цеху:

 

ƩР_макс = Р_{макс РП-1} + Р_{макс РП-2} + Р_{макс РП-3} + Р_{макс РП-4} + Р_{макс РП-5}

ƩР_макс = 25,6 + 33,3 + 44 + 50 + 72,5 = 225,4 кВт

 

ƩQ_макс = Q_{макс РП-1} + Q_{макс РП-2} + Q_{макс РП-3} + Q_{макс РП-4} + Q_{макс РП-5}

ƩQ_макс = 15,1 + 17,82 + 23,32 + 26,6 + 41,87 = 124,71 кВАр

ƩS_макс = S_{макс РП-1} + S_{макс РП-2} + S_{макс РП-3} + S_{макс РП-4} + S_{макс РП-5}

ƩS_макс = 29,7 + 37,8 + 49,8 + 56,6 + 83,7 = 257,6 кВА.

 

Определим осветительную нагрузку цеха

Для освещения электромеханического цеха выберем светильники СЗ5ДРЛ.

 

Определим потребляемую активная мощность осветительной сети:

 

Р_осв = Р_уд · S_цех · К_спроса

где Р_уд – удельная мощность, Р_уд = 16,2 Вт/м²,

S_цех – площадь цеха, S_цех = А·В = 48 · 30 = 1440 м².

К_спроса – коэффициент спроса, К_спроса = 0,92

 

Р_осв = 16,2 · 1440 · 0,92 = 21,5 кВт;

 

Определим реактивную мощность осветительной сети:

 

Q_осв = Р_осв · tg φ

Для светильников с лампами  накаливания коэффициент мощности

cos φ = 0.85, откуда tg φ = 0,6, тогда:

 

Q_осв = 21,5 · 0,6 = 12,9 кВАр.

 

 

 

 

 

1.2. Расчет и выбор компенсирующего устройства

 

Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

 

Повышение коэффициента мощности электроустановок зависит  от снижения потребления реактивной мощности.

 

Для улучшения коэффициента мощности (повышения cos φ или уменьшения tg φ) существует два способа:

 

1. Улучшение коэффициента  мощности без применения компенсирующих  устройств (естественная компенсация):

- упорядочение технологического  процесса (не допущение простоя  оборудования)

- замена малонагруженных  трансформаторов и двигателей на трансформаторы и двигатели меньшей мощности;

- замена трансформаторов  и другого электрооборудования  старых конструкций на новые, более совершенные с меньшими потерями на перемагничивание и т.д.;

- качественный ремонт  двигателей;

- отключение при малой нагрузке части силовых трансформаторов.

 

2. Если не удается  улучшить коэффициент мощности  до необходимой нормы естественным  образом, применяют компенсирующие  устройства (искусственная компенсация)

- статические конденсаторы;

- синхронные двигатели;

- синхронные генераторы.

 

Определим расчетную  мощность компенсирующего устройства

 

Q_ку = Р_макс · (tg φ₁ – tg φ₂) · α,

где Р_макс – максимальная активная мощность цеха:

 

Р_макс = ƩР_макс + Р_осв = 225,4 + 21,5 = 246,9 кВт

 

tg φ₁ – коэффициент мощности до компенсации:

tg φ₁ = Q_макс / Р_макс ,

где Q_макс и Р_макс – суммарные расчетные нагрузки с учетом осветительной нагрузки:

 

Q_макс = ƩQ_макс + Q_осв = 124,71 + 12,9 = 137,61 кВАр

 

tg φ₁ = 137,61 / 146,9 = 0,56

 

tg φ₂ – коэффициент мощности, который должен быть получен после компенсации, tg φ₂ = 0,3;

α – коэффициент, учитывающий улучшение коэффициента мощности без применения компенсирующих устройств, α = 0,9

 

Q_ку = 246,9 · (0,56 – 0,3) · 0,9 = 58 кВАр.

 

По полученной реактивной мощности выбираем компенсирующее устройство: УКЗ – 0,415 – 60 со ступенчатым регулированием по 20 кВАр.

 

Так как компенсирующее устройство является источником реактивной мощности, то Q_макс по цеху найдем из разности:

 

Q_макс = Q_расч  - Q_ку = 137,61 – 58 = 79,61 кВАр

 

Определим полную мощность по цеху без учета потерь:

 

 

Определим коэффициент  мощности cos φ цеха с учетом компенсирующего устройства:

 

cos φ = Р_макс / S_макс = 246,9 / 259,4 = 0,96,

 

соответственно tg φ = 0,29

 

Определим реактивную мощность Q_макс цеха с учетом компенсирующего устройства:

Q_ср = Р_ср · tg φ = 74,34 · 0,29 = 21,6 кВАр

 

1.3. Расчет количества и мощности трансформаторов

 

Так как потребители  электромеханического цеха относятся  ко 2 категории надежности электроснабжения, то для питания его электроэнергией выбираем один трансформатор КТП-400/10/0,4/-У1

 

Определим потери в трансформаторе:

 

Активные потери, ΔР = 2%

ΔР = 0,02 · S_тр

ΔР = 0,02 · 400 = 8 кВт;

 

Активная мощность с  учетом потерь:

Р_макс = Р_{макс. р.} + ΔР = 246,9 + 8 = 254,9 кВт;

 

Реактивные потери, ΔQ = 10%

ΔQ = 0,1 · 400 = 40 кВАр

 

Реактивная мощность с учетом потерь

Q_макс = Q_{макс. р.} + ΔQ = 79,61 + 40 = 119,6 кВАр;

 

Определим полную мощность цеха с учетом потерь:

 

Определим коэффициент загрузки трансформатора:

 

К_{загр. тр.} = S_итог / S_ном.тр. = 276,9 / 400 = 0,69

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Расчет электрических аппаратов и

токоведущих частей с высокой стороны

 

Выбор оборудования с  высокой стороны производится по основным параметрам: напряжению в ВС 10 кВ и номинальному току ВС равному:

 

I_в = S_ном.тр. / √3 · U_ном,

где S_ном.тр. – номинальная мощность трансформатора, кВт;

U_ном – номинальное напряжение с высокой стороны, кВ

 

I_в = 400 / 1,73 · 10 = 23 А

 

 

1.5. Расчет пусковых токов

 

Для удобства расчета составляем таблицу 1.2, в которую вносим значения пусковых токов.

 

Расчет ведем для  мостового крана.

 

Определяем номинальный  ток по формуле:

 

I_ном = Р_ном / √3 · U_ном · cos φ,

где Р_ном – номинальная мощность электроприемника, кВт;

U_ном  - напряжение сети, U_ном = 380В;

 

I_ном = 36 / 1,73 · 0,38 · 0,5 = 109,4 А

 

Определяем пусковой ток, для этого необходимо знать  во сколько раз увеличивается ток при пуске двигателей, т. е. необходимо отношение пускового тока к номинальному току – кратность пускового тока, которая зависит от пуска двигателя: легкий, средний, тяжелый. То есть чем больше усилие, тем больше кратность пускового тока.

Для мостового крана  кратность пускового тока I_пуск / I_ном = 6, тогда пусковой ток I_пуск мостового крана, равна:

 

I_пуск = I_ном · 6 = 109,4 · 6 = 654,4 А;

 

 

 

Определим пусковой ток  для РП-1 как сумму номинальных  токов потребителей РП-1 и пускового тока самого мощного потребителя:

 

I_{пуск. РП-1} = ƩI_{ном РП-1} + I_{пуск. наиб.} = 756,11 А.

 

Аналогично определяем токи для  остальных потребителей.

 

 

1.6. Выбор проводов кабелей и автоматических выключателей

 

Рассчитаем установки  теплового и электромагнитного  расцепителя для автоматических выключателей и результаты занесем в таблицу 1.2.

Ток теплового расцепителя  должен больше или равен току длительному, деленному на 0,85:

I_т.р. ≥ I_дл / 0,85