Электроснабжение машиностроительного завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Данный дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка включает в себя 110 листов. В неё входит 10 рисунков и 27 таблиц. При выполнении дипломного проекта были использованы 17 источников литературы. Графическая часть состоит из семи листов.

Проект содержит ряд ключевых слов: преобразовательные устройства, электрическая подстанция, напряжение, ток, фаза, шинопровод, электроснабжение, электропривод.

Дипломный проект содержит такие разделы, как характеристика завода и краткое описание производственного процесса, расчёт электрических нагрузок по цеху и заводу в целом, выбор напряжения, выбор числа и мощности трансформаторов ГПП, выбор высоковольтного оборудования, расчёт токов короткого замыкания, выбор схем электроснабжения. В проекте рассмотрены вопросы экономики и организации производства, а также охраны труда. При выполнении проекта широко применены возможности компьютерной техники.

Данный дипломный проект может быть использован в качестве справочного материала для курсового проектирования по широкому кругу специальных дисциплин преподаваемых студентам, обучающимся по специальности 140211 "Электроснабжение промышленных предприятий" всех форм обучения.

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика производства и исходные данные

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Основные положения

2.2 Методика расчета электрических нагрузок

2.3 Расчет осветительной нагрузки

2.4 Расчет электрических нагрузок литейного цеха

2.5 Расчет электрических нагрузок по заводу в целом

3. Определение условного центра электрических нагрузок

3.1 Постановка задачи

3.2 Методика расчета центра и зоны рассеяния ЦЭН

4. Построение картограммы нагрузок

5. Построение графиков нагрузок

6. Компенсация реактивной мощности

6.1 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

6.2 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом

компенсации реактивной мощности

6.3 Компенсация реактивной мощности в сетях напряжением выше 1000 В

7. Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП

8. Расчет токов короткого замыкания

9. Выбор схемы внутреннего электроснабжения

10. Выбор высоковольтного оборудования

10.1 Выбор оборудования на стороне 110 кВ

10.2 Выбор оборудования на стороне 10 кВ

10.3 Выбор кабелей напряжением 10 кВ

10.4 Выбор шинопроводов в литейном цехе

11. Релейная зашита и автоматика

11.1 Расчет дифференциальной защиты

11.2 Расчет максимальной токовой защиты

11.3 Защита кабельных линий и цеховых трансформаторов

12. Конструктивное исполнение ГПП

13. Технико-экономический расчет

13.1 Организация и управление энергохозяйством

13.2 Расчёт капиталовложений

13.3 Определение годовых эксплуатационных издержек

13.4 Сметы энергетических затрат

13.5 Планирование использования рабочего времени

13.6 Расчёт электрических затрат на электрическое

обслуживание и показателей работы электротехнической службы

13.7 Определение стоимости электроэнергии

14. Безопасность жизнедеятельности

14.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов на ГПП

14.2 Анализ опасных и вредных факторов на территории завода

14.3 Анализ опасных и вредных факторов в литейном цехе

14.4 Мероприятия по устранению влияния опасных и вредных производственных факторов

14.5 Расчёт контура заземления ГПП

15. Спецвопрос. Режим заземления нейтрали сети 6-35 кВ через резистор

15.1 Режимы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ

15.2 Применение резисторов для заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ

15.3 Технико-экономическое обоснование резистивного заземления

15.4 Измерение ёмкостного тока на землю в сети 6-35 кВ методом

создания неполнофазного режима

Заключение

Литература

Приложение А. Задание на дипломное проектирование

Введение

Одним из основных факторов технического прогресса в народном хозяйстве является повышение степени электрификации всех отраслей промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Большое значение имеет расширение применения электроэнергии в быту. Энергетика не зря поставлена на одно из первых мест, ее развитие - решающее условие повышения производительности труда и улучшения хозяйства в целом. От того насколько грамотно и технически обоснованно будет выполняться электроснабжение предприятия, во многом зависит успешное решение задач технического прогресса.

Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников. Система электроснабжения должна быть гибкой, допускать постоянное развитие технологии, ее улучшение, рост мощности предприятий и изменение производственных условий. Промышленные предприятия являются основными потребителями электрической энергии, так как расходуют около 60% всей электроэнергии вырабатываемой в нашей стране.

В проекте были сделаны расчеты по следующим разделам:

- расчет электрических нагрузок;- расчет условного центра электрических нагрузок;

- выбор числа и мощности трансформаторов;

- компенсация реактивной мощности;

- расчет токов короткого замыкания;

- выбор и проверка электрических аппаратов;

- релейная защита и автоматика.

Кроме этого решены вопросы охраны труда, окружающей среды и экономической части проекта.

В качестве специального вопроса рассмотрено применение резистивного заземления нейтрали сети 6-35 кВ.

1. Краткая характеристика производства и исходные данные

Проектируемый завод является рациональной системой электроснабжения промышленного предприятия. Основные производства работают в две смены.

В отношении надёжности и безопасности электроснабжения часть электроприёмников относятся к II и III категории согласно ПУЭ. К I категории относятся: литейный цех, компрессорные, насосные и ГПП.

Потребителями электроэнергии являются: асинхронные двигатели, электросварочные аппараты, печи сопротивления, индукционные нагреватели с преобразователями частоты, дуговые плавильные печи, электрическое освещение.

В помещениях с нормальной средой электрооборудование должно быть защищено от механических повреждений, а также от случайных прикосновений персонала к токоведущим частям. Степень защиты в пожароопасных и взрывоопасных помещениях в зависимости от их классификации должна быть не ниже IP44. На заводе имеются потребители высокого напряжения - это синхронные двигатели установленные в компрессорной и насосной станциях.

Механический цех относится к помещению, обслуживающему основное производство. Потребителями электроэнергии в цехе являются металлообрабатывающие станки средней мощности, двигатели механической вентиляции, кран. Все приемники электроэнергии рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380 В промышленной частоты. По надежности электроснабжения цех относится к потребителям III категории. Микроклимат в цехе нормальный, то есть температура воздуха не превышает +30°С, отсутствует технологическая пыль.

Газы и пары способные нарушить нормальную работу оборудования и обслуживающего персонала, отсутствуют. Расположение приемников равномерное, что позволяет выполнять схему электроснабжения комплектными распределительными шинопроводами. Из-за наличия в цехе на участке мостового крана шинопроводы располагаются на колоннах и закрепляются на кронштейнах.

Отдельные приемники подключаются к ШРА через ответвительные коробки кабелем или проводом, проложенным в трубах, коробах или металлорукавах. Для штепсельного присоединения ответвительных коробок на секциях шинопровода предусмотрены окна с автоматически закрывающимися шторками. Это обеспечивает безопасное присоединение коробок к шинопроводу, находящемуся под напряжением в процессе эксплуатации. При открывании крышки коробки питание приемника электроэнергии прекращается. Крепление шинопроводов типа ШРА выполняют на стойках на высоте 2,5 м над полом, кронштейнами к стенкам и колоннам, на тросах к фермам здания. Присоединение ШРА к распределительному щиту осуществляется кабельной перемычкой, соединяющей вводную коробку ШРА с ответвительной секцией. Распределение электроэнергии к отдельным приемникам осуществляется от ответвительных коробок шинопроводов проводом марки АПВ (алюминиевые жилы, поливинилхлоридная изоляция), проложенным в металлорукавах.

Электропроводки в трубах являются надежными и в то же время наиболее трудоемкими и дорогостоящими. Применение пластмассовых труб позволяет экономить стальные трубы, а также снизить трудоемкость трубных работ. Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Завод специализируется на выпуске узлов, запасный частей и комплектующих для сельхозтехники. Производство является массовым. В основу производства положен принцип литейно-поточного производства.

Таблица 1.1 - Исходные данные для проектирования

№ по плану	Наименование цехов	Количество приемников	Установленная мощность, кВт
			Одного приемника, Рн	Суммарная, Рн
1	Литейный цех	82	1-120	2369,1
2	Главный корпус	150	20-150	6124,7
3	Механический цех	112	2-80	1231,4
4	Котельная	32	2-70	1572,8
5	Блок вспомогательных цехов	60	1-50	1108,7
6	Компрессорная №1	17	1-40	377,6
7	Компрессорная №2	17	1-40	377,6
8	Насосная №1	15	1-50	619,3
9	Насосная №2	40	5-70	973,2
10	Административно-бытовой корпус	30	3,8-10	210,7

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Основные положения

Определение электрических нагрузок имеет целью выбор и проверку токоведущих частей и трансформаторов по нагреву и экономической целесообразности. А также расчет отклонений и колебаний напряжения, выбор защитных устройств и компенсирующих установок.

Расчет электрических нагрузок поддаётся автоматизации с помощью ЭВМ. Среди практических методов расчета электрических нагрузок известны метод упорядоченных диаграмм и статистический метод. Оба эти метода позволяют определить расчетную нагрузку по нагреву в виде максимума средней нагрузки за интервал, который принимается равным 3•Т_о , где Т_о - постоянная нагрева элемента СЭС. Термические свойства элемента СЭС в конечном результате учитываются постоянной его нагрева Т_о.

В 1993 г. ВНИИПИ "Тяжпромэлектропроект" после опытной эксплуатации введены в действие новые "Указания по расчету электрических нагрузок".

Новые указания обеспечивают необходимую точность расчетов электрических нагрузок на низших ступенях СЭС и предполагают проверку результатов расчета нагрузки в целом по цеху или по предприятию другими методами.

В связи с указанным следует отметить целесообразность применения комплексного метода расчета электрических нагрузок от верхних ступеней к нижним, учитывающего особенности технологии и опыта проектирования производства, использующего информационную базу САПР для выделения аналогов подсистем электрического хозяйства.

Широкое применение на промышленных предприятиях информационно-измерительных систем и компьютерной техники позволяет проводить непосредственное изучение вероятностного характера изменения суммарных нагрузок, совершенствовать информационную базу данных, оперативно проверять и внедрять новые методы расчета.

2.2 Методика расчета электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок электроприемников (ЭП) напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шкафа, сборки, распределительного шинопровода, щита станций управления, троллея, магистрального шинопровода, цеховой трансформаторной подстанции), а также по цеху, корпусу в целом.

Исходные данные для расчета заполняются на основании полученных от технологов, сантехников и др. специалистов таблиц-заданий на проектирование электротехнической части и согласно справочным материалам, в которых приведены значения коэффициентов использования и реактивной мощности для индивидуальных ЭП.

Все ЭП группируются по характерным категориям с одинаковыми К_и и tg . В каждой строке указываются ЭП одинаковой мощности.

Резервные электроприемники, ремонтные сварочные трансформаторы и другие ремонтные электроприемники, работающие кратковременно (пожарные насосы, задвижки вентили и т.п.), при подсчете расчетной мощности не учитываются (за исключением случаев, когда мощности пожарных насосов и других противоаварийных ЭП определяют выбор элементов сети электроснабжения).

Для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода. Если в числе этих двигателей имеются одновременно включаемые (с идентичным режимом работы), то они учитываются в расчете как один ЭП, номинальной мощностью равной сумме номинальных мощностей одновременно работающих двигателей.

Для электродвигателей с повторно-кратковременным режимом работы их номинальная мощность не приводится к длительному режиму (ПВ=100%).

При наличии в справочных материалах интервальных значений Ки следует для расчета принимать наибольшее значение. Значения К_и должны быть определены из условия, что вероятность превышения фактической средней мощности над расчетной для характерной категории ЭП должна быть не более 0,05.

Определяется групповой коэффициент использования для данного узла питания:

. (2.1)

Для последующего определения N_э построчно определяются для каждой характерной группы ЭП одинаковой мощности величины N•Р_н и в итоговой строке их суммарное значение N•Р_н.

Определяется эффективное число электроприемников N_э следующим образом:

Как правило, N_э для итоговой строки определяется по выражению:

. (2.2)

Найденное по указанному выражению значение N_э округляется до ближайшего меньшего целого числа. При N_э <= 4 рекомендуется пользоваться номограммой.

Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания ЭП напряжением до 1 кВ определяется по выражению:

. (2.3)

В случаях, когда расчетная мощность Р_р окажется меньше номинальной наиболее мощного электроприемника следует принимать Р_р = Р_{н макс}.

Расчетная реактивная мощность (графа 13) определяется следующим образом:

Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от N_э:

при N_э <= 10•Q_p = 1,1 У К_и • Р_н • tg ;

при N_a > 10•Q_p = У К_и • Р_н • tg .

Для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу, предприятию:

Q_р = К_р • (К_и • Р_н)•tg = Р_р•tg .

К расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ должны быть, при необходимости, добавлены осветительные нагрузки Р_р.о и Q_p.o.

Значения токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:

,

где - полная расчетная мощность, кВА.

Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением выше 1 кВ аналогично расчету нагрузок ЭП до 1 кВ с учетом следующих особенностей.

При получении от технологов коэффициентов, характеризующих реальную загрузку электродвигателей, в графу 5 заносится вместо К_и значение К_з, а в графу 7 - значение К_з • Р_н.

Расчетная нагрузка цеховых трансформаторных подстанций (с учетом осветительной нагрузки и потерь в трансформаторах) заносится в графы 7 и 8.

Определяется число присоединений 6-10 кВ на сборных шинах РУ ГПП (графа 2 итоговой строки). Резервные ЭП не учитываются.

Эффективное число электроприемников N_э не определяются и графы 9 и 10 не заполняются.

В зависимости от числа присоединений и группового коэффициента использования, занесенного в графу 5 итоговой строки, определяется значение коэффициента одновременности К_о. Значение К_о заносится в графу 11.

Расчетная мощность (графы 12-14) определяется по выражениям:

Р_р = К_о•К_и •Р_н;

Q_p = K_o• K_и • P_н • tg = P_p • tg ;

.

Результирующая нагрузка на стороне высокого напряжения определяется с учетом средств КРМ и потерь мощности в трансформаторах.

2.3 Расчет осветительной нагрузки

Правильное выполнение осветительных установок способствует рациональному использованию электроэнергии, улучшению качества выпускаемой продукции, повышению производительности труда, уменьшению количества аварий и случаев травматизма. При проектировании осветительных установок большое значение имеет правильное определение требуемого промышленного освещения на основе классификации работ. По способам размещения светильников в производственных помещениях различают системы общего и комбинированного освещения. Система общего освещения предназначена для освещения всего помещения. При общем освещении светильники располагаются только в верхней зоне помещения. Крепят их непосредственно к потолку, на фермах, иногда на стенах. Местное освещение предусматривается на отдельных рабочих местах (станках, верстаках и т.д.).

Искусственное освещение по своему функциональному назначению подразделяется на четыре вида: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное.

Рабочее освещение создаёт требуемую по нормам освещенность, обеспечивая тем самым необходимые условия работы. В нерабочее время во многих помещениях и вдоль границ территории завода необходимо минимальное искусственное освещение для несения дежурства пожарной и военизированной охраны. Для этих целей предусматривается охранное освещение.

Наряду с распространёнными лампами накаливания и люминесцентными лампами в настоящее время применяются ртутно-кварцевые, металлогалогеновые, ксеноновые и натриевые лампы.

Лампы накаливания используются в основном в светильниках местного освещения, в осветительных установках аварийного освещения. Люминесцентные лампы имеют более высокую световую отдачу и срок службы по сравнению с лампами накаливания. Эти обстоятельства являются причинами их предпочтительного использования для промышленного освещения [2].

Для светильников общего назначения рекомендуется использовать напряжение не выше 380/220 В переменного тока при заземлённой нейтрали. Электроснабжение рабочего освещения выполняется самостоятельными линиями.

Расчёт нагрузок освещения сведён в таблицу 2.1. Площадь цеха, подлежащая освещению F_ц в м² заносится в 3 графу.

Во 2 и 4 колонках отмечены освещенность объекта Е_нор в люксах и удельная мощность Р_уд в Вт/м², необходимая для нормального функционирования объектов.

В колонке 5 проставлены коэффициенты спроса К_с для каждого объекта [1]. Коэффициент спроса учитывает то, что все осветительные приборы могут быть и не включены одновременно. В колонках 6 и 7 рассчитаны значения установленной мощности Р_оу и расчётной нагрузки Р_ро осветительной сети, которые определяются по формулам:

Р_УО = Р_УД • F_Ц, (2.4)

Р_РО = К_С • Р_ОУ, (2.5)

где К_С = 1 - для аварийного и наружного освещения, торговых помещений;

К_С = 0,95 - для производственных помещений, состоящих из отдельных крупных пролётов;

К_С = 0,9 - для административных зданий и предприятий общественного питания;

К_С = 0,8 - для зданий состоящих из большого числа отдельных помещений;

К_С = 0,6 - для складских помещений.

В итоговой строке таблицы подсчитаны площадь всех помещений предприятия и расчётная нагрузка необходимая для их освещения. Расчётная нагрузка по наружному освещению определяется по формуле:

Р_НО = К_С •0,3•Р_УД (F₃ - F_Ц), (2.6)

где F₃ - площадь завода, м².

Нормы освещенности:

- для цехов основного производства Р_уд.осв.=13,8 Вт/м²;

- для цехов вспомогательного производства Р_уд.осв.=9,75 Вт/м²;

- для цехов с значительной зрительной нагрузкой Р_уд.осв.=19,5 Вт/м²;

- для компрессорных, насосных, котельных Р_уд.осв.=9,8 Вт/м²;

- для складов Р_уд.осв.=3,3 Вт/м²;

- для заводоуправления, столовых Р_уд.осв.=10,0 Вт/м².

Для освещения наружной территории комбината значения нормы освещенности и коэффициента спроса Р_уд.осв. = 3 Вт/м², К_с = 1. Ориентировочно освещается треть наружной территории.

Р_{р.осв.нар} = 0,3(F_зав - F_цехов) Р_{уд.осв.нар}

Р_{р.осв.нар} = 0,3(318750 - 129860) 3 = 170 кВт.

Результаты расчета приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Расчет осветительной нагрузки

Наименование цехов	Ен, лк	F, м2	Pуд, кВт/м2	Роу, кВт	Кс	Рор, кВт	Q, кВАр
1	Литейный цех	300,00	12456,00	13,8	171892,80	0,95	163,30	65,32
2	Главный корпус	300,00	15124,00	13,8	208711,20	0,95	198,28	79,31
3	Механический цех	300,00	7876,00	13,8	108688,80	1,00	103,25	41,30
4	Котельная	150,00	4972,00	9,75	48477,00	0,95	46,05	18,42
5	Блок вспом. цехов	150,00	8252,00	9,75	80457,00	0,95	76,43	30,57
6	Компрессорная № 1	200,00	4222,00	9,8	41375,60	0,60	24,83	9,93
7	Компрессорная № 2	200,00	4222,00	9,8	41375,60	0,60	24,83	9,93
8	Насосная №1	300,00	4726,00	9,75	46078,50	0,60	27,65	11,06
9	Насосная №2	300,00	6174,00	9,75	60196,50	0,60	36,12	14,45
10	Админист. быт. корпус	200,00	4600,00	10,0	46000,00	0,95	43,70	17,48
Итого по цехам	--	67476,00	--	--	--	744,43	297,77
Уличное освещение	--	264000,00	3,0	--	1,00	172,24	68,9
Итого по заводу	--	--	--	--	--	916,67	366,67

2.4 Расчет электрических нагрузок литейного цеха

Расчет электрических нагрузок литейного цеха проведён в соответствии с методикой, приведенной в разделе 2.2 пояснительной записки.

Результаты расчета представлены в таблице 2.2.

2.5 Расчет электрических нагрузок по заводу в целом

Расчет электрических нагрузок по заводу в целом проведён в соответствии с методикой, приведенной в разделе 2.2 пояснительной записки.

Результаты расчета представлены в таблице 2.3.

3. Определение условного центра электрических нагрузок

3.1 Постановка задачи

Нахождение центра и зоны рассеяния центра электрических нагрузок (ЦЭН) необходимо для определения места расположения ГПП предприятия. Для оптимального выбора местоположения ГПП и цеховых подстанций с учетом роста электрических нагрузок на генплане предприятия следует нанести:

- зону рассеяния ЦЭН, соответствующую статическому состоянию системы электроснабжения промышленного предприятия;

- зону рассеяния ЦЭН, соответствующую развитию предприятия на планируемый срок (15-20лет) без учета изменения генплана предприятия;

- зону рассеяния ЦЭН, соответствующую перспективному развитию предприятия и росту электрической нагрузки при условии изменения геометрии генплана предприятия;

- зоны рассеяния ЦЭН для отдельных групп цехов.

Применение средств вычислительной техники позволяет рассмотреть необходимое количество вариантов технических решений с минимальной затратой времени.

3.2 Методика расчета центра и зоны рассеяния ЦЭН

Определение координат ЦЭН для каждого часа суток:

,

где S_x(j) - абсцисса ЦЭН в j-ый час суток;

S_y(j) - ордината ЦЭН в j-ый час суток;

N - число приемников;

P_(i,j) - расчетная активная нагрузка i-го приемника в j-й час суток;

X_(i) - абсцисса i-го приемника на схеме генплана предприятия в выбранной системе координат;

Y_(i) - ордината i-го приемника на схеме генплана предприятия в выбранной системе координат;

М - количество временных интервалов (24 часа).

Определение математического ожидания координат ЦЭН:

Определение среднеквадратичных отклонений координат ЦЭН:

;

где G_(x) - среднеквадратичное отклонение абсциссы ЦЭН;

G_(y) - среднеквадратичное отклонение ординаты ЦЭН.

Определение угла поворота осей эллипса относительно выбранной системы координат:



где А - угол поворота осей эллипса.

Определение полуосей эллипса:

где R_x - величина полуоси эллипса по оси абсцисс (повернутой на угол А);

R_y - величина полуоси эллипса по оси ординат (повернутой на угол А).

Результаты определения условного центра электрических нагрузок сведены в таблицы 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 - Исходные данные для определения УЦЭН

Номер и название электроприёмника	Координаты электроприёмника	Интервал времени графика нагрузки	Мощность установленная, кВт
	X	Y
1	2	3	4	5
1 Литейный цех	296	300	1	563,89
			2	626,55
			3	1253,09
			4	939,82
			5	1253,09
			6	626,55
2 Главный корпус	112	308	1	1357,04
			2	1359,67
			3	3015,64
			4	2261,73
			5	3015,64
			6	1507,82
3 Механический цех	122	150	1	175,30
			2	194,78
			3	389,55
			4	292,16
			5	389,55
			6	194,78
4 Котельная	417	346	1	445,02
			2	494,47
			3	988,94
			4	741,71
			5	988,94
			6	494,47
5 Блок вспомогательных цехов	342	168	1	255,91
			2	284,35
			3	568,69
			4	426,52
			5	568,69
			6	284,35
6 Компрессорная № 1	62	460	1	186,11
			2	206,79
			3	413,57
			4	310,18
			5	413,57
			6	206,79
7 Компрессорная № 2	192	460	1	186,11
			2	206,79
			3	413,57
			4	310,18
			5	413,57
			6	206,79
1	2	3	4	5
8 Насосная № 1	288	460	1	213,51
			2	237,24
			3	474,47
			4	355,85
			5	474,47
			6	237,24
9 Насосная № 2	405	462	1	315,15
			2	350,17
			3	700,33
			4	525,25
			5	700,33
			6	350,17
10 Административно-бытовой корпус	218	23	1	144,20
			2	160,23
			3	320,45
			4	240,34
			5	320,45
			6	160,23

Таблица 3.2 - Координаты центра нагрузок

Интервал времени	Координат центра
	SX	SY
1 2 3 4 5 6	229,9 233,6 229,3 229,3 229,3 229,3	319,8 320,2 319,8 319,8 319,8 319,8

Математическое ожидание ЦЭН: QX = 230,2; QY = 319,9.

Среднеквадратичное отклонение ЦЭН: GX = 0.00; GY = 0.00.

Полуоси эллипса рассеяния ЦЭН: RX = 0.0006; RY = 0.0007.

Угол поворота осей эллипса относительно выбранной системы координат: AR = 0,12 радиан; AG= 8,04 град.

4. Построение картограммы нагрузок

Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генеральном плане предприятия или плане цеха окружность, площадь которой соответствует в выбранном масштабе расчетным нагрузкам. Радиусы окружностей картограммы определяются по формулам:

,

где m - выбранный масштаб мощности, кВт/м;

P_i - суммарная расчетная мощность по цеху.

P_i = Р_р.сил. + Р_р.осв..

Осветительная нагрузка представляется в виде сектора, площадь которого соответствует мощности, идущей на освещение цеха. Угол сектора рассчитывается по формуле:

_.

Для расчета картограммы нагрузок примем масштаб 100 м = 1 кВт.

Результаты расчета приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Данные для построения картограмм нагрузок

Наименование цеха	Расчетная силовая нагрузка, кВт	Расчетная осветительная нагрузка, кВт	Радиус, мм	Угол сектора осветительной нагрузки, град
1	Литейный цех	1253,09	163,30	47,49	41,51
2	Главный корпус	3015,64	198,28	71,54	22,21
3	Механический цех	389,55	103,25	28,01	75,43
4	Котельная	988,94	46,05	40,60	16,02
5	Блок вспомогательных цехов	568,69	76,43	32,05	42,65
6	Компрессорная № 1	413,57	24,83	26,42	20,39
7	Компрессорная № 2	413,57	24,83	26,42	20,39
8	Насосная № 1	474,47	27,65	28,28	19,82
9	Насосная № 2	700,33	36,12	34,24	17,66
10	Административно-бытов. корпус	320,45	43,70	24,08	43,20

5. Построение графиков нагрузок

При проектировании электроснабжения промышленных предприятий используются, как правило, групповые графики электрических нагрузок. Они дают возможность определить потребление активной и реактивной энергии, рационально выбрать схему электроснабжения, трансформаторы, шины, кабели, аппараты и проверить их по условиям нагрева и износа изоляции, рассчитать расход и потери электроэнергии.

Предприятия каждой отрасли промышленности имеют свой характерный график нагрузки, определяемый технологическим процессом производства. По продолжительности бывают суточные и годовые графики нагрузок. Однако следует иметь в виду, что вообще графики нагрузок предприятий не являются стабильными, а постоянно изменяются в связи с изменением технологического процесса, внедрением новых прогрессивных производственных технологий, повышением использования оборудования за счет интенсификации и автоматизации производственных процессов, повышением использования и изменением удельного потребления электроэнергии на единицу продукции.

Суточные графики на действующих предприятиях строят по записи показаний счетчиков активной и реактивной энергии, производимой через каждый час в течение суток. Основные цеха проектируемого завода работают в две смены. Суточные графики нагрузок за зимние и летние сутки не одинаковые, так как в летний период происходит уменьшение расходов электроэнергии за счет уменьшения осветительных и отопительных нагрузок. Суточные графики завода имеют максимум в утренние часы с 9 до 11 часов и в вечерние с 21 до 22 часов. Падение нагрузки происходит в обеденные перерывы.

Годовой график по продолжительности показывает длительность работы предприятия в течение года с различными нагрузками. Площадь годового графика представляет собой количество энергии, потребляемое предприятием в течение года.

Построение графиков производится на основании данных таблиц 5.1 и 5.2.

Таблица 5.1 - Данные для зимних суточных графиков нагрузок

Часы	Активная мощность	Реактивная мощность	Полная мощность S, кВА
	%	Р, кВт	%	Q, квар
0-8	40,00	5258,52	60,00	6314,38	8217,27
8-9	76,00	9991,20	80,00	8419,18	13065,47
9-11	100,00	13146,31	100,00	10523,97	16839,82
11-12	84,00	11042,90	88,00	9261,09	14412,27
12-13	80,00	10517,05	80,00	8419,18	13471,85
13-14	52,00	6836,08	52,00	5472,46	8756,70
14-15	76,00	9991,20	84,00	8840,13	13340,61
15-17	88,00	11568,75	92,00	9682,05	15085,69
17-18	76,00	9991,20	80,00	8419,18	13065,47
18-19	80,00	10517,05	84,00	8840,13	13738,86
19-21	88,00	11568,75	92,00	9682,05	15085,69
21-22	100,00	13146,31	100,00	10523,97	16839,82
22-23	56,00	7361,93	72,00	7577,26	10564,70
23-24	44,00	5784,38	64,00	6735,34	8878,28

Таблица 5.2 - Данные для летних суточных графиков нагрузок

Часы	Активная мощность	Реактивная мощность	Полная мощность S, кВА
	%	Р, кВт	%	Р, кВт
0-8	28,00	3680,97	48,00	5051,51	6250,38
8-9	64,00	8413,64	68,00	7156,30	11045,45
9-11	88,00	11568,75	88,00	9261,09	14819,04
11-12	72,00	9465,34	76,00	7998,22	12392,10
12-13	68,00	8939,49	68,00	7156,30	11451,08
13-14	40,00	5258,52	40,00	4209,59	6735,93
14-15	64,00	8413,64	72,00	7577,26	11322,73
15-17	76,00	9991,20	76,00	7998,22	12798,26
17-18	64,00	8413,64	68,00	7156,30	11045,45
18-19	68,00	8939,49	72,00	7577,26	11718,76
19-21	76,00	9991,20	80,00	8419,18	13065,47
21-22	88,00	11568,75	88,00	9261,09	14819,04
22-23	44,00	5784,38	60,00	6314,38	8563,32
23-24	32,00	4206,82	52,00	5472,46	6902,55

Рисунок 5.1 - Суточный график активной и реактивной нагрузки (зимние сутки)



Рисунок 5.2 - Суточный график активной и реактивной загрузки (летние сутки)



Рисунок 5.3 - Годовой график по продолжительности

6. Компенсация реактивной мощности

Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности.

Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питающих сетях.

Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятий.

6.1 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

Величина коэффициента мощности характеризуется степенью использования мощности источника питания, трансформаторов, подстанций и электрических сетей. Низкие значения cos приводят к дополнительным эксплуатационным расходам. Основным потребителем реактивной мощности являются: асинхронные двигатели (60-65%), трансформаторы (20-25%), воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки. В зависимости от характера электрического оборудования предприятия, его реактивная нагрузка может составлять до 130% активной. Передача значительного количества реактивной мощности по линиям и через трансформаторы системы электроснабжения не выгодно по следующим основным причинам, приведенным ниже.

Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах систем электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью. Так, при передаче активной и реактивной мощности через элементы с сопротивлением R потери активной мощности составляют:

P = .

Возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях, питающих системы электроснабжения промышленных предприятий:

Дополнительные потери напряжения U_Р увеличивают отклонение напряжения на зажимах электроприемников от номинального значения при изменении нагрузок и режимов электрической сети. Это требует увеличения мощности, а, следовательно, и стоимости средств регулирования напряжения.

Приведенные требования вынуждают, насколько это технически и экономически целесообразно, приближать источники покрытия реактивной мощности к местам ее потребления в сети. Это разгружает в значительной степени питающие линии электропередачи и трансформаторы от реактивной мощности, что равносильно увеличению коэффициента мощности. Минимально допустимая величина средневзвешенного коэффициента мощности для промышленных предприятий на вводах, питающих предприятие, должна находиться в пределах 0,92 - 0,95.

Чтобы заинтересовать предприятия в увеличении коэффициента мощности, существует шкала скидок и надбавок к стоимости электроэнергии в зависимости от величины его среднего значения в электрохозяйстве предприятия.

Повышать коэффициент мощности в электроустановках необходимо в первую очередь путем правильной и рациональной эксплуатации электрооборудования.

Улучшения коэффициента мощности промышленного предприятия можно достигнуть лишь при правильном сочетании различных способов его повышения, каждый из которых должен быть технически и экономически обоснован. Мероприятия по повышению коэффициента мощности можно разделить на следующие группы:

- уменьшение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

- применение компенсирующих устройств.

Мероприятия по уменьшению потребления приемниками реактивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат. К ним относятся следующие:

- упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;

- замена малонагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности;

- понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

- ограничение холостой работы двигателей;

- применение синхронных двигателей вместо асинхронных той же мощности в случаях, когда это возможно по условиям технологического процесса;

- повышение качества ремонта двигателей;

- замена и перестановка малозагруженных трансформаторов.

Если повышать коэффициент мощности такими способами нельзя по условиям технологического процесса, то применяют искусственные методы - повышение коэффициента мощности применением специальных компенсирующих устройств.

6.2 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:

- выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;

- определяют дополнительную мощность НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6-10 кВ предприятия.

Суммарная расчетная мощность Q_нк НБК составит:

Q_нк = Q_нк1 + Q_нк2,

где Q_нк1 и Q_нк2 - суммарные мощности НБК, определенные на двух указанных этапах расчета.

Реактивная мощность, распределяется меж...