Приклад розрахунку для вузла ШР1

1.3.9 Приклад розрахунку для вузла ШР1

1.3.9.1 У вузлі ШР1 знаходяться верстати з позиціями: 9,10 потужністю 25,7 кВт, 5 потужністю 26,0 кВт, 4 потужністю 13,5 кВт, 3 потужністю 7,5 кВт, 1 потужністю 30,0 кВт, 2 потужністю 15,0, 62 потужністю 12,6 кВт, 56 потужністю 15,0 кВт, 48 потужністю 3,0 кВт, 52 потужністю 1,8 кВт, А4 потужністю 15,75 кВт.

1.3.9.2 За формулами (1-2) та (1-3) знаходжу середню активну та реактивну потужність навантаження для верстатів поз. 1…5, 9, 10, 48, 56, 62

Р_с = 0,17 * (25,7*2 + 26 + 13,5 + 7,5 + 30 + 15 + 12,6 + 15 + 3) = 34,8 кВт

Q_с = 0,17 * 174 * 1,17 = 40,7 кВАр

Для барабана поз. 52

Р_с = 0,14 * 1,8 = 0,25 кВт

Q_с = 0,14 * 1,8 * 1,17 = 0,3 кВАр

Для агрегату повітряно-опалювального поз. А4, в який входять електропривод та нагрівач

Для електроприводу

Р_с = 0,75 * 0,65 = 0,5 кВт

Q_с = 0,75 * 0,65 * 0,75 = 0,37 кВАр

Для нагрівача

Р_с = 15 * 0,65 = 9,75 кВт

Q_с = 15 * 0,65 * 0,33 = 3,22 кВАр

Для розподільчого пункту ШР1 за формулами (1-4) та (1-5) знаходимо сумарну середню активну та реактивну потужність навантаження

УР_с = 34,8 + 0,25 + 0,5 + 9,75 =45,3 кВт

УQ_с = 40,7 + 0,3 + 0,37 + 3,22 = 44,6 кВАр

1.3.9.3 Груповий коефіцієнт використання за формулою (1-6)

К_в =  = 0,24

Груповий tgц

tgц =  =  = 0,98

За формулою (1-8) визначаю ефективне число електроприймачів

n_e =  = 9, 21

Приймаємо n_e = 9 шт

За формулою (1-10) знаходжу реактивну розрахункову потужність

Q_p = 1,1 * 0,24 * 191,55 * 0,98 = 51,08 кВАр

За формулою (1-11) визначаю повну розрахункову потужність

S_p = = 78,61 кВА

За формулою (1-12) знаходжу розрахунковий максимальний струм

І_р =  = 199,58 А

Але при умові, що сума номінальних струмів від чотирьох найбільш потужних верстатів, які можуть одночасно працювати, за розрахунковий струм у вузлі ШР1 приймаємо струм 253 А.

1.4 Розрахунок і вибір компенсуючих пристроїв

1.4.1 Реактивний струм додатково завантажує лінії електропередачі, що призводить до підвищення перерізу проводів і кабелів, і відповідно до збільшення капітальних витрат на спорудження та експлуатацію зовнішніх та внутрішніх мереж малих і потужних промислових підприємств. Реактивна потужність поряд з активною враховується постачальником електроенергії і підлягає оплаті за діючими тарифами, а це складає чималу частину рахунків за електроенергію.

1.4.2 Найбільш ефективним способом зниження споживаної з мережі реактивної енергії є використання установок компенсації реактивної потужності – косинусних конденсаторних установок.

Застосування конденсаторних установок дозволяє:

-  розвантажити живлячі лінії електропередачі, трансформатори та розподільчі пристрої;

-  знизити витрати на оплату електроенергії;

-  зробити розподільчі мережі надійнішими та економічнішими;

-  при використанні певного типу установок знизити рівень вищих гармонік;

-  подавити перешкоди у мережі, знизити асиметрію фаз.

1.4.3 Як відомо, чим більша реактивна потужність при постійній активній потужності, тим нижчий коефіцієнт потужності cosц. Значення cosц для окремих категорій приймачів електроенергії великою мірою залежить від їх специфічних особливостей і режимів роботи. Наприклад, верстатне устаткування з циклічним режимом роботи, цехові крани при повторно-короткочасному режимі роботи, електрозварювальні трансформатори, індукційні електричні печі належать до групи споживачів з низьким значенням cosц. Разом з тим такі електроприймачі, як електричні печі опору, сушильні апарати і шафи, мають високе значення cosц (близьке до одиниці).

1.4.4 Зниження споживання реактивної потужності і електроенергії дозволяє значно підвищити поточний коефіцієнт потужності

сosц =  (1-13)

Заходи з підвищення коефіцієнту потужності поділяються на дві основні категорії:

-  природні, що пов’язані з покращенням використання встановленого електроустаткування;

-  штучні, що потребують використання спеціальних компенсуючи пристроїв.

1.4.5 До природних заходів умовно відносять використання синхронних двигунів в нових установках та заміну асинхронних двигунів на синхронні в існуючих, упорядкування технологічного процесу, що веде до покращення енергетичного режиму електрообладнання, зниження напруги на обмотках статора шляхом ручного або автоматичного перемикання з трикутника на зірку, якщо двигун завантажений на 30 - 40% від номінальної потужності, використання секціонованих обмоток двигунів, обмеження холостого ходу асинхронних двигунів тощо.

До штучних заходів підвищення cosц належать встановлення косинусних (статичних) конденсаторів або синхронних компенсаторів.

1.4.6 На промислових підприємствах застосовують, головним чином, косинусні конденсатори. Вони виготовляються як для низьких так і для високих напруг. Статичні конденсатори мають значні переваги перед іншими видами штучної компенсації, тому що їх установка не пов’язана з великими втратами потужність в них (0,004-0,005 кВт/кВАр), вони прості в обслуговуванні, не мають частин, які обертаються. Але водночас вони мають підвищену чутливість до підвищення напруги і практичну недоцільність відновлювального ремонту.

Необхідна потужність компенсуючого пристрою, Q_ку, кВАр, визначають за формулою

Q_ку = Р_р * (tgц₁ – tgц₂) (1-14)

Де Р_р – розрахункова активна потужність на шинах трансформатора, кВт

tgц₁ – коефіцієнт реактивної потужності до компенсації

tgц₂ – нормативний коефіцієнт реактивної потужності.

1.4.7 Нормативний коефіцієнт потужності повинен знаходитись у межах 0,92ч0,98 (tgц = 0,2…0,25), тобто розрахований вище коефіцієнт tgц = 1,09 (таблиця 1.2) необхідно підвищити до нормативного.

Q_ку = 318,23 * (1,09 – 0,24) = 270,5 кВАр

Приймаємо для компенсації конденсаторну установку УК-0,4-280У3 потужністю 280,0 кВАр з номінальним струмом І_н = 346,1 А.

1.4.8 Реактивну потужність Q_ку віднімаємо від розрахункової Q_р і розрахункову повну потужність, S_р, кВА, на шинах 0,4 кВ цехового трансформатора визначаємо з урахуванням компенсуючої потужності Q_ку

S_p =  (1-15)

S_p = = 347,44 кВА

Коефіцієнт потужності після компенсації становить

cosц =  =  = 0,92

що відповідає вимогам енергосистеми.

1.5 Розрахунок, вибір потужності і конструкції трансформаторної підстанції

1.5.1 Тансформатори є одним з основних видів електроустаткування, що забезпечують передачу та розподіл електроенергії від електричних станцій до споживачів. Вибір числа, типу і потужності трансформаторів обумовлюється величиною і характером електричних навантажень, розташуванням технологічного обладнання, експлуатаційними вимогами, умовами оточуючого середовища, тощо.

1.5.2 Трансформаторні підстанції повинні наближуватися до центру розташування споживачів електроенергії. З цією метою використовують внутрішньоцехові підстанції, які живлять окремі цехи або їх частини.

1.5.3 Підстанція, яку вибирають при проектуванні, повинна займати мінімум корисної площі у цеху, задовольняти вимогам електричної і пожежної безпеки і не повинна заважати технологічному процесу.

1.5.4 Оскільки споживачі металообробного цеху належить до ІІІ категорії надійності електропостачання, то немає потреби встановлювати в цеху два трансформатори. Але питання про встановлення одно- чи двох-трансформаторної підстанції остаточно вирішують за результатами техніко-економічних розрахунків.

1.5.5 Для електропостачання промислових підприємств широко використовують комплектні трансформаторні підстанції (КТП), які мають цілий ряд переваг перед звичайними, де окремо встановлюється силовий трансформатор, розподільчий пристрій низької напруги РПНН та інші складові.

КТП загалом з усіма апаратами захисту, вимірювальними приладами та допоміжними пристроями виготовляються, комплектуються та випробуються на заводі. До місця встановлення поступають у зібраному вигляді. Це дає великий економічний ефект, тому що прискорює і здешевлює будівництво, дозволяє вести роботи індустріальними методами.

1.5.6 Електромонтаж КТП постає лише у встановленні комплектного пристрою, його перевірці і приєднанню до електричної мережі. При цьому підвищується загальна якість електроустановки, надійність її роботи, зручність і безпечність обслуговування, досягається зручність і швидкість розширення підстанції під час реконструкції електрогосподарства на підприємстві.

1.5.7 У нашому випадку, коли в цеху встановлені споживачі ІІІ категорії, потужність електричних навантажень невелика, вибираємо одно- трансформаторну підстанцію на 630 кВА

S_нт > S_p (1-16)

630 > 567,44 кВА

1.5.8 Коефіцієнт завантаження при цьому складає

К_з =  =  = 0,9

що в межах допустимого

Отже приймаємо для установки в металообробному цеху підстанцію типу КТП-630/10/0,4-У3 з масляним трансформатором типу ТМ-630/10/0,4-У3.

1.6 Розрахунок живлячої мережі

1.6.1 Щоб розрахувати живлячу мережу необхідно знати розрахункові і граничні значення навантажень на кожний з розподільчих пунктів і на підстанцію загалом. Відповідно до цих параметрів вибирають переріз живлячих ліній та захисні апарати. Розрахункові навантаження визначенні нами і підрозділі 1.3.

1.6.2 Високовольтний кабель, що живить підстанцію, вибирається:

- за напругою та умовами прокладки;

- за тривало допустимим струмом навантаження;

- і перевіряється за економічною густиною струму.

1.6.3 Відповідно до першої з зазначених умов вибираємо кабель марки ААШв-10 напругою 10 кВ, який прокладається у траншеї.

1.6.4 Тривало допустимий струм навантаження, А, визначається номінальним струмом навантаження трансформатора з боку ~ 10 кВ

І_нт =  (1-17)

де S_нт – номінальна потужність трансформатора, кВА;

U_н – номінальна напруга трансформатора з боку ВН, кВ.

І_нт =  = 36,37 А

Такому навантаженню відповідаю переріз 16 мм².

1.6.5 Переріз вибраного кабелю, мм², перевіряють за економічною густиною струму, який визначають за виразом

S_e =  (1-18)

де І_доп – допустимий струм навантаження, А

j – економічна густина струму, А/мм².