Выбор напряжения и рода тока

2. Выбор напряжения и рода тока

При выборе номинального напряжения внешнего участка сети принимаются во внимание существующие напряжения возможных источников питания энергосистемы, расстояние от источников до предприятия и нагрузка предприятия в целом.

В питающих и распределительных сетях небольших и средних предприятий и городов применяются номинальные напряжения 6 и 10 кВ. Как правило, следует применять напряжение 10 кВ как более экономичное, чем напряжение 6 кВ. Напряжение 6 кВ применяется при преобладании на объекте электроприемников с напряжение 6 кВ. В ряде случаев электроснабжение электроприемников с напряжением 6 кВ осуществляется по питающим линиям напряжением 10 кВ с последующей трансформацией на напряжение 6 кВ непосредственно для данных электроприемников. В данном курсовом проекте применяется напряжение с высокой стороны U=10 кВ, с низкой стороны U=380 В.

Существуют два вида рода тока: постоянный и переменный. Постоянный род тока применяется, если на предприятии есть электроприемники постоянного тока. Т. к. в данном курсовом проекте нет электроприёмников постоянного тока, то применяется трехфазный переменный род тока промышленной частоты ƒ = 50 Гц.

3. Выбор схемы распределения электроэнергии

Под питающей сетью понимают кабельные линии и магистрали, отходящие от распределительных устройств подстанций для питания цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков, а также кабельные линии, отходящие от цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков к другим цеховым распределительным магистралям, пунктам и щиткам.

Под распределительной сетью понимают линии, отходящие от распределительных устройств подстанций, от питающих магистралей, распределительных магистралей, пунктов и щитов непосредственно к электроприемникам.

Питающие и распределительные сети имеют три вида схем: магистральные; радиальные; смешанные (магистральные и радиальные).

Магистральные схемы имеют несколько меньшую надежность в подаче питания, чем радиальные схемы, т. к. при повреждении магистрали одновременно отключаются все подключенные к ней распределительные магистрали, пункты, щиты и отдельные мощные электроприемники, что нежелательно.

При радиальных схемах питающей сети подстанции выполняются с большими низковольтными распределительными устройствами, предназначенными для распределения всей мощности подстанции. К положительным качествам радиальных схем можно отнести большую надежность питания, т. к. авария на одной линии не отражается на работе электроприемников, питающихся от других радиальных линий.

Для распределения электроэнергии по цеху применить магистральные и радиальные схемы в чистом виде не всегда представляется возможным и в таких случаях находят применение смешанные схемы, сочетающие в себе, как магистральное, так и радиальное питание.

В данном проекте принят смешанный вид схемы распределения электроэнергии, что обусловлено расположением технологического оборудования в цехе, а также категорией по надежности электроснабжения (для наиболее важных потребителей принята радиальная схема распределения).

4. Расчёт электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Определение ожидаемых электрических нагрузок на всех ступенях электрических сетей является основной частью проекта электроснабжения объекта. Нагрузки определяют необходимые технические характеристики электрических сетей – сечение жил и марки проводников, мощности и типы трансформаторов, электрических аппаратов и другого электротехнического оборудования.

Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки – к снижению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприёмников. Правильное определение электрических нагрузок обеспечивает правильный выбор средств компенсации реактивной мощности, устройств регулирования напряжения, а также релейной защиты и автоматики электрических сетей.

В данном курсовом проекте расчёты производим методом упорядоченных диаграмм, т.к. этот метод более точен, погрешность около 10-15%, что на стадии проектирования вполне допустимо. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1-Исходные данные для расчёта электрических нагрузок

Наименование электроприёмника	Номер подгруппы	Номер по плану	Рн, кВт		n , шт		Kи	cosφ	tgφ
ШР1
Насос	I	1	22,00		1		0,80	0,85	0,62
Вентилятор		2,3	0,37		2
Нагревательный прибор	II	4,5	4,50		2		0,80	0,95	0,33
ШР2
Транспортёр	III	6-8	4,00		3		0,60	0,80	0,75
Печь с неавтоматической загрузкой изделий	IV	9,10	7,20		2		0,50	0,95	0,33
Вентилятор	V	11-13	2,20		3		0,80	0,85	0,62
ШР4
Фрезерный станок	VI	14,15		10,00		2	0,16	0,6	1,33
Кран-балка ПВ-40%	VII	16		12,50 7,90		1	0,10	0,50	1,73
I секция
Сварочный аппарат шовный ПВ=50%	VIII	17	100,00 49,50		1		0,50	0,70	1,02

Рассчитываем суммарную номинальную активную мощность потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1, ∑Р_ншр1, кВт, по формуле

∑Р_ншр1 = ,

где Р_нi – активная номинальная мощность одного электроприёмника, кВт;

n_i – число электроприёмников, шт.

∑Р_ншр1 = (22+0,37·2)+4,5·2= 22,74+9 = 31,74 кВт.

Находим суммарную активную сменную мощность электроприёмников шкафа ШР1, ∑Р_смшр1, кВт

∑Р_смшр1 = ,

где К_иi – коэффициент использования, принятый по каталогу [1, таблица 2.1].

∑Р_смшр1 = 22,74·0,8+9·0,8 = 18,19+7,2 = 25,39 кВт.

Определяем групповой коэффициент использования K_и по формуле

К_и = ,

К_и =  = 0,8 >0.2.

Рассчитываем показатель силовой сборки m

m = ,

где Р_нmax (P_нmin) – номинальная максимальная (минимальная) активная мощность одного электроприёмника в подгруппе соответственно, кВт.

 m =  = 59,46 >3.

Т.к. К_и >0,2,m >3, n ≥ 4, Р_н ≠const, то эффективное число электроприёмников n_э, шт.определяем по формуле

n_э = ,

n_э =  = 3 шт. < n = 5шт.

При n_э=3 и К_и=0,8 определяем коэффициент максимума К_m по справочнику [2, таблица 9.1]

К_m= 1,12.

Рассчитываем максимальную активную мощность, потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1 Р_mшр1, кВт

Р_mшр1 = К_m·∑Р_смшр1 ,

Р_mшр1 = 1,12·25,39 = 28,4 кВт.

Определяем реактивную сменную мощность электроприёмников , кВар

=  ,

где tgφ_i – коэффициент реактивной мощности, соответствующий коэффициенту активной мощности.

= 18,19·0,62+7,2·0,33 = 11,28+2,38 = 13,66 кВар.

Т.к. n_э ≤10, то суммарная максимальная реактивная мощность, кВар, будет определяться по формуле

= 1,1·,

= 1.1·13,66=15,03 кВар.

Определяем полную максимальную мощность потребляемую электроприёмниками шкафа ШР1 S_mшр1, кВА

S_mшр1= ,

S_mшр1 =  = 32,13 кВА.

Рассчитываем максимальную величину тока, создаваемую электроприёмниками шкафа ШР1, I_mшр1, А, по формуле

I_mшр1 = ,

где U_н –номинальное напряжение сети, кВ.

I_mшр1 =  = 48,8 А.

Находим коэффициенты активной (cosφ_шр1) и реактивной мощности ( tgφ_шр1) мощности данного узла питания

cosφ_шр1 = ,

cosφ_шр1 = = 0,88,

tgφ_шр1 = ,

tgφ_шр1 = = 0,53.

Аналогично расчёту электрических нагрузок шкафа ШР1 выполняем расчёт остальных узлов питания

Рассчитываем нагрузки шкафа ШР2

∑Р_нIII-V = 4·3+7,2·2+2,2·3 = 12+14,4+6,6 = 33 кВт,

∑Р_смIII-V = 12·0,6+14,4·0,5+6,6·0,8 = 7,2+7,2+5,3 = 19,7 кВт,

К_и = = 0,6 >0,2,

m = = 3 =3.

Т.к. К_и >0,2, m =3, n ≥4, Pн ≠const, то

n_э = = 9 шт >8.

Т.к n_э больше n, то принимаем n_э равное n=8 шт.

При nэ=8, Ки=0,6 определяем коэффициент максимума К_m по справочнику [3, таблица 2.13]

К_m = 1,33,

Р_mIII-V= 1,33·19,7 = 26,2 кВт,

Q_смIII-V= 7,2·0,75+7,2·0,33+5,3·0,62 = 11,06 кВар,

Q_mIII-V = 1,1·11,06 = 12,17 кВар,

S_mIII-V= = 28,9 кВар.

Определяем нагрузки шкафа ШР3

Q_mшр3 = 34,5·0,78 = 26,9 кВар,

S_mшр3 = = 43,75 кВА,

I_mшр3 = = 66,5 А.

Определяем максимальную активную мощность шкафа ШР2 Р_mшр2, кВт, с учётом электроприёмников шкафа ШР3

Р_mшр2 = Р_m3-5+P_mшр3 ,

Р_mшр2 = 26,2+34,5 = 60,7 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность электроприёмников шкафа ШР2, кВар

Q_mшр2 = Q_m3-5+Q_mшр3,

Q_mшр2 = 12,17+26,9 = 39,07 кВар,

S_mшр2 = = 72,2 кВА,

I_mшр2 = = 109,8 А,

cosφ_шр2 = = 0,84,

tgφ_шр2 = = 0,64.

Рассчитываем нагрузки шкафа ШР4

Рассчитываем номинальную активную мощность кран-балки, приведённую к длительному режиму работы Р_н16, кВт

Р_н16 = Рн ·,

где ПВ - продолжительность включения, в относительных единицах

Р_н16 = 12,5 · = 7,9 кВт,

∑Р_ншр4 = 10·2+7,9 = 27,9 кВт,

∑Р_смшр4 = 20·0,16+7,9·0,1 = 3,2+0,79 = 3,99 кВт,

К_и = =0,14 <0,2,

m = = 1,27 <3.

Т.к. К_и <0,2, m < 3, n <4, то эффективное число электроприёмников определяем по формуле

P_mшр4 = К_з·∑Рн ,

где Кз – коэффициент загрузки. Для электроприёмников с продолжительным режимом работы Кз=0,9.

Р_mшр4 = 0,9·27,9 = 25,11 кВт,

∑Q_смшр4 = 3,2·1,33+0,79·1,73 = 5,62 кВар,

∑Q_mшр4 = 1,1·5,62 = 6,18 кВар,

S_mшр4 = = 25,86 кВА,

I_mшр4 =  = 39,3 А,

cosφ =  = 0,97,

tgφ =  = 0,25.

Рассчитываем нагрузки сварочного аппарата шовного.

Р_нVIII= S_н · cosφ ·,

Р_нVIII= 100 · 0,7· = 49,5 кВт,

Р_смVIII = 49,5·0,5 = 24,75 кВт,

P_mVIII = 0,9·49,5 = 44,55 кВт,

Q_смVIII = 24,75·1,02=25,25 кВар,

Q_mVIII = 1,1·25,25 = 27,78 кВар,

S_mVIII =  = 51,2 кВА.

Определяем нагрузки распредилительного шкафа ШР5

Q_mшр5 = 40,6·0,72 = 29,2 кВар,

S_mшр5 = = 50 кВА,

I_mшр5 = = 75,97 А.

Определяем нагрузки осветительного шкафа ЩО

I_mщо == 14,89 А.

Определяем активную максимальную мощность дополнительной нагрузки P_mд.н., кВт

P_mд.н. = S_mд.н.·cosφ_д.н.,

Р_mд.н.=196,7·0,78=153,4 кВт.

Определяем реактивную максимальную мощность дополнительной нагрузки Q_mд.н., кВар

Q_mд.н. = ,

Q_mд.н. ==123,1 кВар.

I_mд.н.= =298,8 A

Рассчитываем нагрузки I секции.

Р_m1c =P_mшр1+P_mшр2+P_mшр4+P_mVIII+P_mшр5+P_mщо+P_mд.н.,

Р_m1c = 28,4+60,7+25,11+44,55+40,6+9,8+153,4=362,56 кВт,

Q_m1c= Q_mшр1+Q_mшр2+Q_mшр4+Q_mVIII+Q_mшр5+Q_mд.н.,

Q_m1с =15,03+39,07+6,18+27,78+29,2+123,1 = 240,36 кВар,

S_m1c = =435 кВА,

I_m1c = = 660,9 А.

Находим нагрузки цеха с учётом симметричной нагрузки II секции

Р_mц = 2·362,56= 725,12 кВт,

Q_mц =2·240,36= 480,72 кВар,

S_mц == 870 кВА,

I_mц = = 1321,8 А.

Рассчитываем средневзвешанные коэффициенты активной (cosφ_срв) и реактивной (tgφ_срв) мощности по цеху

cosφ_срв == 0,83,

tgφ_срв == 0,66.

Итак, по полной максимальной мощности S_mц =870 кВА выбираем число и мощность силовых трансформаторов. По максимальному току I_mц =1321,8 А выбираем питающие сети и защитную аппаратуру, по средневзвешенному коэффициенту активной мощности будем решать вопрос о необходимости компенсации реактивной мощности.