Расчет электрических нагрузок

 

 

3.   Расчёт компенсации реактивной мощности.

       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. Потребители электроэнергии, например асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждаются как в активной, так и в реактивной мощностях, которые вырабатываются, как правило, синхронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям .  Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при поддержании нормального режима работы.  Реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70 % на АД, 20-25 % на трансформаторы, 10 % на ЛЭП, 10% на освещение.

     Применение устройств, компенсирующих реактивную мощность, несколько удорожает эксплуатацию электрических установок.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие три группы: 1) не требующие применения компенсирующих устройств;  2) связанные с применением компенсирующих устройств; 3) допускаемые в виде исключения.

     Электрическая сеть представляет собой единое целое, и правильный выбор средств компенсации для сетей промышленного предприятия напряжением до 1000 В, а также в сети 6-10 кВ можно выполнить только при совместном решении задачи. Компенсация реактивной мощности потребителей может осуществляться при помощи синхронных двигателей       (СД) или батарей – конденсаторов ( БК ), присоединенных непосредственно к сетям до 1000 В со стороны напряжением 6-10 кВ от СД, БК, от генераторов ТЭЦ или сети энергосистемы.

Для выбора компенсирующего устройства ( КУ) необходимо знать:

- расчетную реактивную  мощность КУ;

- тип компенсирующего  устройства ;

- напряжение КУ.

Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения:

= ( tg φ – tg)

где    -расчетная мощность КУ. Квар;

         - коэффициент, учитывающии повышение естественным способом, принимается    = 0,9 ;

       tg φ, tg- коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

          Компенсация реактивной мощности  по опыту эксплуатации производят  до получения значения Cos = 0,92…0,95.

          Задавшись Cos из  этого промежутка, определяют tg

Значения , tg выбираются по результатам расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок» .

Задавшись типом КУ, зная и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ) или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

          После выбора стандартного КУ определяется фактическое значение Cos :

 tg φф = tg φ  -  (Qк.ст / α Рм ), (14)

где  Qк.ст  - стандартное значение мощности выбранного КУ, квар.

 

 

 Исходные данные из таблицы 2

 

Параметр		tg φ	Рм, кВт	Qм, кВАр	Sм, кВ А
Всего на НН без КУ	0,8	1,3	1022,84	1298,9	1666,34
КУ				2 х 400
Всего на НН с КУ	0,927	0,4	1022,84	498,9	1138,03
Потери			22,8	113,803	116,1
Всего ВН с КУ			1045,64	612,703	1254,13

 

 

Требуется:

  рассчитать и выбрать КУ;

  выбрать трансформатор с учетом КУ;

  сравнить с трансформатором без учета КУ.

 

          Определяются расчетная мощность КУ

= ( tg φ – tg) =  0,9 ∙413,16 ( 1,1 – 0,33 ) = 286,3 ,кВАр    (15)

Принимается Cos = 0,9, тогда tg= 0,2 .

Выбираю компенсирующую  установку: УК – 0,38 – 430 H , НП  со ступенчатым регулированием 2х400 кВАр.

[2,стр267,табл 12.6]

Определяются фактические значения  tg φ и Cos после компенсации реактивной мощности :

tg φф = tg φ  -  (Qк.ст / α Рм ) = 1,1– (2∙110/ 0,9  413,16) =0,6  (16)

 

Cos = 0,9;

 

Определяются расчетная мощность трансформатора с учетом потерь:

∆ = 0,02 = 0,02 ∙537,48 =10,7  ,   кВт;              (17)

 

∆ = 0.1    = 0,1∙ 537,48 = 53,74  ,   кВАр;            (18)

 

∆ = ∆ + ∆= 10,72+53,742=54,79 ,  кВА;   (19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор силовых трансформаторов

          Выбор типа и схемы питания подстанций, а также числа трансформаторов обусловлен величиной и характером электрических нагрузок, размещением нагрузок на генеральном плане предприятия, а также производственно-архитектурными и эксплуатационными требованиями. Должны учитываться, кроме того, конфигурация производственных помещений, расположение технологического оборудования, условия, окружающей среды, условия охлаждения, требования пожарной и электрической безопасности типы применяемого электрооборудования.

Применение внешних отдельно стоящих цеховых подстанций целесообразно:

а) при питании от одной подстанции нескольких  цехов;

б) при наличии в цехах взрывоопасных производств;

в) при невозможности размещения подстанций внутри цехов по соображениям производственного характера.

В данном проекте для электроснабжения участка кузнечно- прессового цеха применяется отдельно стоящая трансформаторная подстанция. Номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70%  от общей нагрузки завода или цеха. Тогда при выходе из  строя одного из трансформаторов второй на время ликвидации аварии оказывается загруженным не более чем 140%, что допустимо в аварийных условиях.

Число и мощность трансформаторов выбирается по:

1. графику нагрузки потребителя и подсчитанным величинам средней и максимальной мощности;

2. технико-экономическим показателям отдельных намеченных вариантов числа и мощности трансформаторов с учётом капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

 

 

3. категории потребителей  с учётом наличия у потребителей нагрузок 1-й категории, требующих надежного резервирования;

4. экономически целесообразному режиму, под которым понимается режим, обеспечивающий минимум потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе при работе по заданному графику нагрузки.

          Ориентировочно выбор числа и  мощности трансформаторов может  производиться по удельной плотности  нагрузки (кВ∙А/м2) и полной расчётной нагрузке объекта (кВ∙А).

Число и мощность трансформаторов выбирается по перегрузочной способности трансформатора. Допустимые  суммарные перегрузки для трансформаторов, установленных внутри помещения, не должно превышать 20%. После выявления всех перечисленных показателей сравниваемых вариантов рассматривают вопрос об обеспечении необходимой надежности и резервирования электроснабжения при выходе из строя одного  из трансформаторов. ПУЭ допускается до 140% в аварийном режиме продолжительностью 5 суток не более 6 часов в сутки.

 

Sтр   = Sмaх /2*0,7 , кВ∙А          (20)                                                                  

 

        Sтр =1666,34 /2*0,7=1190,24 ,кВ∙А  

  1- вариант

 = = 1666,34/2∙1000=0,83                       (21)  

 

 

Таблица – 4  Каталожные данные трансформаторов     

TM-1000/10

Uвн = 10 кВ

Uнн = 0,4 кВ

Pо=2,45кВт

Pк=12,2кВт

Uк=5,5%

Iо=1,4%

 

 

 

 

2- вариант

              = = 1666,34/1600+630=1666,34/2230=0,75

 

 

Таблица – 5                                         

ТМ-1600/10	ТМ- 630/10
Uвн = 10 кВ	Uвн = 10 кВ
Uнн = 0,4 кВ	Uнн = 0,4 кВ
ΔРхх  = 3,3 кВт	Pо=1,56кВт
ΔРкз = 18 кВт	ΔРкз=7,6кВт
uк =5,5 %	Uк=5,5%
iхх = 1,3 %	Iо=2%

 

 

 

Окончательно выбираю трансформатор марки TM-1600/10

                                                                                TM-630/10 

[3.стр.]

При аварии оставшийся  в работе сможет пропустить мощность 1,4*Sн≥Sмах

1.4*1600≥1666.34 кВА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор кабелей ввода

        Основное назначение кабельных линий передача электроэнергии на небольшие расстояния. В эту группу входят провода, шнуры, шины, ленты.

Кабелем называется электротехническое устройство, предназначенное для канализации электрической энергии, состоящие из одной или нескольких изолированных друг от друга проводников, заключенных в герметичную, защитную оболочку, поверх которой может быть броня.

     Электрические кабели должны:

−   обеспечить безопасность в пожарном отношении  и в отношении жизни людей;

− быть надёжным в отношении бесперебойного снабжения электроэнергией

 − обеспечить высокое  качество энергии, определяемое  малым отношением подводимого  к приёмникам  напряжения от  номинального напряжения приёмника;

 −    быть дешёвым.

      Выполнение первого условия обеспечивается правильным выбором сечения проводов по условию допустимого нагрева; правильным выбором плавких предохранителей и автоматов, а также выбором изоляции проводов, определяемой его маркой.

      Второе условие выполняется достаточной механической прочностью проводов (кабелей); правильным выбором плавкого предохранителя или автомата.

      Выполнение третьего условия обеспечивается выбором сечения проводов (кабелей) по условию допустимой потери напряжения.

      Сечение проводов и кабелей напряжением до 1000 В по условию нагрева выбирается в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки. Выбор сечения производится:

а) по условию нагрева длительным расчётным током,

б) по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты.     , (А)        (22)

=    , (А)       (23)

Iр – расчётный ток нагрузки;

Iн.доп – длительно - допустимый ток на провода, кабели, шины;

kз – коэффициент защиты или кратности защиты;

Iз – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

k1- поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

k2 - поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле в трубах или без труб.

Выбираю провода и кабели к каждому электроприемнику

 

Наименования Оборудования		Марка	Сечения	Iрасч, А	Iн.доп, А
РП1		АВВГ	3(3х50+1х35)	492,6	3х165
Вентилятор вытяжной		АВРГ	3х35+1х25	116,6	135
Вентилятор приточный		АВРГ	3х70+1х50	174,83	200
Краны мостовые		АВРГ	3х4+1х2,5	33,2	38
Обдирочные станки типа РТ-503		АВРГ	3х16+1х10	79,6	90
РП2		АВВГ	3(3х35+1х25)	396,52	3х135
Электротермические установки		АВРГ	3х4+1х2,5	30	38
Кривошипные КПМ	АВРГ		3х4+1х2,5	37,9		38
Фрикционные КПМ	АПВ		3х1,5+1х1	17,05		23
Обдирочные станки типа РТ-21001	АВРГ		3х10+1х6	64,4		65
Кран мостовой	АВРГ		3х4+1х2,5	33,2		38

 

 

[4.стр. ]

 

 

 

 

 

 

6. Расчёт токов короткого замыкания на шинах 0,4 кВ цеховой подстанций.

 

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, которые сопровождаются резким увеличением тока. Всё электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам КЗ и выбираться с учётом величин этих токов. Различают следующие виды коротких замыканий: