Выбор силового трансформатора

 

Определяем  ток при максимальной нагрузке:

 

Таблица 1.2. Расчет электрических нагрузок электромеханического цеха

Наименование узлов питания  и приемников	Кол-во ЭП n (шт)	Мощность		Ки	cosφ	tgφ		m	Среднесменная нагрузка		nэ	Кm	Максимальная  нагрузка			Макс. ток Iм(А)
		Рн (кВт)	n∙Рн (кВт)						Актив.Рсм (кВт)	Реак. Qсм (кВАр)			Актив. Рм (кВт)	Реак. Qм (кВАр)	Полн Sм (кВА)
1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11	12	13	14	15	16
РЩ-1
Токарные станки	4	6,3	25,2	0,17	0,5	1,73			3,53	6,11
Круглошлифовальные станки	4	4,8	19,2	0,13	0,5	1,73			2,50	4,33
Фрезерные станки	3	7,5	22,5	0,14	0,5	1,73			3,15	5,45
Итого по РЩ-1	11		66,9	0,14	0,5	1,73		<3	9,18	15,90			60,21	15,90	62,27	94,62
РЩ-2
Болтонарезные станки	5	2,5	12,5	0,15	0,5	1,73			1,88	3,25
Резьбонарезные станки	5	6,2	31	0,15	0,5	1,73			4,65	8,04
Итого по РЩ- 2	10		43,5	0,15	0,5	1,73		<3	6,51	11,29			39,15	11,29	40,75	61,91
РЩ-3
Сварочные агрегаты	4	9,76	58,56	0,2	0,7	1,02			11,71	11,95
Вентилятор вытяжной	1	7,2	7,2	0,7	0,8	0,75			5,04	3,78
Вентилятор приточный	1	8,5	8,5	0,7	0,8	0,75			5,95	4,46
Итого по РЩ- 3	6		74,26	0,31	0,75	0,89		<3	22,7	20,19	6	1,86	42,22	22,21	47,71	72,5
РЩ-4
Деревообрабатывающие станки	3	12,5	37,5	0,2	0,5	1,73			7,5	12,98
Заточные станки	4	5,6	16,8	0,14	0,5	1,73			2,35	4,07
Сверлильные станки	4	3,5	14	0,14	0,5	1,73			1,96	3,39
Итого по РЩ-4	11		68,3	0,17	0,5	1,73		>3	11,81	20,44	11	1,9	22,44	20,44	30,35	46,12
Итого по цеху	38
Освещение цеха			18	0,85	0,9	0,5			15,3	7,65			15,3	7,65	17,11	25,99
Итого по подстанции	38		270,96	0,24	0,92	0,43			65,5	75,47			179,32	77,49	195,35	296,8

 

5. Расчёт нагрузки освещения

 

Нагрузка электрического освещения  определяется по удельной мощности, Вт/м². Для этого определяется площадь цеха по масштабу генплана в реальном измерении, м². Расчетная нагрузка определяется с учетом коэффициента спроса К_с.

В качестве источника освещения  выбираем ртутные лампы (ДРЛ), имеющие К_с=0,85; cosφ=0,9 ( tgφ=0,5).

 

Установленная мощность осветительных  приемников:

 

P_у.o= Р_уд·F, (1.13)

где   Р_уд – установленная мощность, кВт;

 F – площадь цеха, м².

 

Удельная мощность нагрузки освещения: Р_уд= 0,015 кВт/м², тогда:

P_у.o= 0,015·1200 = 18 кВт.

 

Активная расчетная осветительная  мощность:

 

Р_р.о.= К_с ∙Р_у.о; (1.14)

Р_р.о=0,85·18 = 15,3 кВт.

 

Реактивная расчетная осветительная  мощность:

 

Q_p.o.= P_p.o. ∙tgj; (1.15)

Q_p.o.= 15,3·0,5 =7,65 кВАр.

 

 

Расчёт  мощности компенсирующих устройств

 

Рассчитываем  реактивную мощность конденсаторной установки, необходимую для компенсации  реактивной мощности:

 

(2.1)

где   α – коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом,

принимаем α = 0,9;

tgφ₁, tgφ₂ – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации,

принимаем tgφ₂ = 0,33.

 

Q_КУ = 0,9∙179,32∙(0,43-0,33) = 16 кВАр.

 

Выбираем  2 штуки УК-0,38-12,5 У3 на 12,5 кВАр.

Покажем нагрузки до установки КУ и после в табл. 3.1.

 

Фактическое значение tgφ_ф и cosφ_ф после компенсации реактивной мощности:

tgφ_ф==0,28;  cosφ_ф=0,96.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор силового трансформатора

 

Определяем  потери в трансформаторе по формулам:

 

ΔP_T = 0,02∙S_м∑; (3.1)

  ΔQ_Т = 0,1∙ S_м∑;     (3.2)

ΔP_T = 0,02∙195,35 = 3,91 кВт;

ΔQ_Т = 0,1∙195,35 = 19,5 кВАр;

ΔS_Т = = 19,89 кВА.

Суммарные мощности цеха:

 

Р_р(НН) = Р_м∑ + ∆Р;     (3.3)

Q_р(НН) = Q_м∑ + ∆Q.    (3.4)

Р_р(НН) = 179,32+3,91 = 183,23 кВт;

Q_р(НН) = 77,49+19,5 = 96,99 кВАр.

Расчетная мощность трансформатора без учёта компенсации реактивной мощности, но с учётом потерь в трансформаторе:

.

Все данные сводим в табл. 3.1.

 

Таблица 3.1. Сводная ведомость нагрузок.

	cosφ	tgφ	Рр,кВт	Qр, квар	Sр, кВ∙А
Всего на НН без КУ	0,68	1,07	179,32	77,49	195,35
КУ				25
Всего на НН с КУ	0,93	0,38	179,32	52,49	186,84
Потери			3,91	19,5	19,63
Всего ВН с КУ			183,23	71,99	196,86

 

Выбираем для цеха двухтрансформаторную подстанцию с трансформаторами 160 кВА. Сравним технико-экономическим расчетом установку аналогичной подстанции с двумя трансформаторами на 250 кВА.

6. Расчет потерь мощности в трансформаторах и технико-экономическое сравнение

 

Приведем данные сравниваемых трансформаторов в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2. Технические данные трансформаторов

n	Тип трансформатора	Sном, кВА	Uном, кВ		Потери, кВт		Uк.з %	Iх.х. %	Стоимость тыс. руб.
			В.Н.	Н.Н	∆Рх.х.	∆Рк.з.
2	ТМ-160/10	160	10	0,4	0,73	2,65	4,5	2,4	134
2	ТМ-250/10	250	10	0,4	1,05	3,7	4,5	2,3	157

 

Определяем возможность допустимой перегрузки трансформатора в послеаварийном режиме:

 

Кза= Sм/ Sном(n-1) ≤ 1,4    (3.5)

Кза₁ = 195,35/160(2-1)=1,22 ≤ 1,4

Кза₂ = 195,35/250(2-1)=0,78≤ 1,4

Находим  потери мощности и энергии  в трансформаторах в год:

 

Q_х.х. = S_ном∙I_х.х. / 100;    (3.6)

∆Р '_х.х. = ∆Р_х.х. + Кип∙Q_х.х.;   (3.7)

Q_х.х.1 = 160∙2,4/100 = 3,84 квар;

Q_х.х.2 = 250∙2,3/100 = 5,75 квар;

∆Р '_х.х.1 = 0,73 + 0,12∙3,84 = 1,19 кВт;

∆Р '_х.х.2 = 1,05+ 0,12∙5,75 = 1,74 кВт.

Находим приведенные потери активной и реактивной мощности, при коротком замыкании:

 

Q_к.з. = S_ном∙U_к.з. / 100;    (3.8)

Р_к.з. = ∆Р_к.з. + Кип∙Q_к.з.;    (3.9)

Wа = n∙(∆Р _'х.х.∙8760+Кз²∙Р_к.з. ∙τ_м );   (3.10)

Q_к.з.1 = 160∙4,5/100 = 7,2 квар;

Q_к.з.2 =250∙4,5/100 = 11,25 квар;

Р_к.з.1 = 2,65 + 0,12∙7,2 = 3,51 квар;

Р_к.з.2 = 3,7 + 0,12∙11,25 = 5,05 квар;

Wа₁ = 2∙ (1,19∙8760+0,61 ²∙3,51∙1300) = 24,245 кВтч;

Wа₂ = 2∙ (1,74∙8760+0,39 ²∙5,05∙1300) = 32,482 кВтч.

Капитальные затраты:

К₁ = 2∙134= 268 тыс. руб.;

К₂ = 2∙157= 314 тыс. руб..

Определяем  стоимость потерь электрической  энергии:

 

Сп = С₀∙Wа;    (3.11)

Сп₁ = 2∙24,245 = 48,490 тыс. руб.;

Сп₂ = 2∙32,482 = 64,964 тыс. руб..

Определяем  амортизационные отчисления:

 

Са = Ка∙К;     (3.12)

Са₁ = 0,063∙268 = 16,884 тыс. руб.;

Са₂ = 0,063∙314 = 19,782 тыс. руб..

Находим годовые эксплуатационные расходы:

 

С = Сп + Са;    (3.13)

С₁ = 48,490 + 16,844 = 65,334 тыс. руб.;

С₂ = 64,964 + 19,782 = 84,746 тыс. руб..

Результаты  расчетов сводим для сравнения в  таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3. Результаты расчетов экономического сравнения

№ варианта	К, тыс. руб.	С, тыс. руб.
1	268	65,334
2	314	84,746

Так как  К₁<К₂  и С₁< С₂ , то выбирается первый вариант, КТП с двумя трансформаторами типа ТМ-160/10, мощностью 160 кВА.

Выбор проводников, коммутационных и защитных аппаратов

 

Электрические сети и электроприемники необходимо защищать от токов короткого  замыкания и от длительных токовых  перегрузок.

В качестве аппаратов защиты от коротких замыканий следует широко применять плавкие предохранители. Автоматы должны устанавливаться только в следующих случаях:

- необходимость автоматизации  управления;

- необходимость обеспечения более скорого по сравнению с предохранителями восстановления питания, если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключений и отсутствие эффекта ограничения тока короткого замыкания;

- частые аварийные отключения.

Проанализировав все выше изложенное, принимаем решение - выполнить  защиту электродвигателей автоматическими  выключателями серии ВА с комбинированным  расцепителем, которые выбираются по следующим условиям:

 

, (4.1)

 

, (4.2)

 

где  I_НА – номинальный ток автомата, А;

I_Н.Т.Р. – номинальный ток расцепителя, А.

Ток срабатывания электромагнитного  расцепителя  I_СР  проверяется по максимальному кратковременному току линии I_ПИК:

 

_. (4.3)

 

Для подключения электроприемников  к распределительным щитам необходимо обеспечить защиту отходящих линий, которая осуществляется плавкими предохранителями или автоматическими выключателями.

 

Номинальный ток плавкой  вставки I_В предохранителя определяется:

1. по величине длительного расчетного тока I_Р:

 

, (4.4)

где I_Р – расчетный ток, А.

2. по условию перегрузок пусковыми токами:

 

, (4.5)

где I_ПИК – максимальный кратковременный (пиковый) ток, A;

       a - коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска принимается равным 2,5, при тяжелых - 1,6 …2,0, для ответственных потребителей – 1,6.

принимаем a=2,5 для всех потребителей цеха.

 

При выборе предохранителя для одного электродвигателя в качестве I_Р принимается его номинальный ток I_Н, а в качестве I_ПИК – пусковой ток I_ПУСК.

По селективности номинальные  токи плавких вставок предохранителей, расположенных последовательно  по направлению потока мощности, должны различаться не менее чем на две  ступени.

Пусковой ток определяется по формуле:

 

I_пуск = I_н ∙К_п , (4.6)

где  К_п – пусковой коэффициент;

принимаем К_п=7 за неимением паспортных данных о двигателях, установленных на станках.

 

Пиковый ток группы определяется по формуле:

 

, (4.7)

где   I_{пуск.нб.} – наибольший из пусковых токов приемников в группе, А;

I_н.нб – номинальный ток наиболее мощного электроприемника;

К_и.нб – коэффициент использования, характерный для приемников с I_{пуск.нб}.