Определение расчетных нагрузок цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина

Кафедра электрических систем

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

по дисциплине

“Электроснабжение”

Выполнил: студент

группы 4-70к

Сенников А.С.

Иваново 2020

Задача 1

Для цеха промышленного предприятия с заданными нагрузками (табл. 1) требуется:

1. Выбрать методы и определить расчетные нагрузки цеха (P_p, Q_p, S_p) на напряжении 380/220 В.

2. Выбрать тип подстанций, число и мощность трансформаторов.

Все ПЭЭ относятся ко 2-3 категориям по надежности электроснабжения. Для освещения принять Р_уд. = 10 Вт/м2, К_со = 0,85, К_пра = 1,1 (лампы ДРЛ).

Таблица 1

Исходные данные

Число и мощность приемников электроэнергии, кВт	Станки холодной обработки металлов	12ґ45--+--8ґ3_--+--15ґ11--+--15ґ7,5--+-- 8ґ5,5+--12ґ2,2--+--2ґ1,5
	Вентиляторы, насосы	4ґ3_--+--11ґ11--+--6ґ7,5
	Печи сопротивления	2ґ25--+--3ґ18
	Компрессоры	-
Для освещения	Площадь цеха, м2	2900
	tg ц	1,3

Решение

1.1. Расчетные нагрузки на напряжение 380/220 В

Расчетные нагрузки силовых приемников электроэнергии (ПЭЭ), которые разбиты на группы (табл. 1), определяются по методу коэффициента расчетной мощности (К_р) для всего цеха.

Расчетная активная мощность, подключенных к узлу ПЭЭ определяется по выражению:

, (1)

где m - число характерных групп ПЭЭ, в которые объединены ПЭЭ с одинаковым К_u (коэффициент использования) и cosц.

Коэффициент К_u и cosц можно определить по табл. П.1 [4].

Расчетная реактивная нагрузка магистральных шинопроводов цеха определяется по выражению

, (2)

где - коэффициент реактивной мощности группы ПЭЭ.

Величина n_э определяется по формуле

, (3)

где n - фактическое число ПЭЭ в группе.

Результаты промежуточного расчета приведены в табл. 2.

Таблица 2

Определение расчетных нагрузок цеха

Наименование группы ПЭЭ	Число ПЭЭ	Мощность одного ПЭЭ, рн, кВт	Мощность группы ПЭЭ, Рн, кВт	Кu		Кu Рн, кВт	Кu Pн tgц
1. Станки холодной обработки материалов	12 8 15 15 8 12 2	45 30 11 7,5 5,5 2,2 1,5	1130,9	0,16		180,94	211,55
2. Вентиляторы, насосы	4 11 6	30 11 7,5	286	0,65		185,9	129,76
3. Печи сопротивления	2 3	25 18	104	0,55		57,2	18,8
4. Компрессоры	-	-	-	0,65		-	-
Итого:	98	-	1520,9			424,04	360,11

Если число ПЭЭ узла системы электроснабжения, для которого определяется расчетная нагрузка, велико, то величина n_э определяется по упрощенному выражению

, (4)

где - номинальная мощность наиболее мощного ПЭЭ из всей группы ПЭЭ;

n - фактическое число ПЭЭ в группе.

Определяется эффективное число электроприемников по выражению (4):

Принимаем n_э = 67.

Для группы, состоящей из ПЭЭ различных режимов работы (с разными К_u) определим средневзвешенный К_{u ср}:

, (5)

где k - число групп.

Коэффициент расчетной мощности К_р шинах цеховых трансформаторов при Т₀ = 2,5 ч для n_э = 67 и К_{u ср} = 0,279 (по табл. П.4 [4]) К_р = 0,69. Тогда по (1) получаем

Р_р = 0,69 · 424,04= 292,59 кВт.

По (2) рассчитаем

Q_р = 0,69 · 360,11= 248,47 квар.

Рассчитаем нагрузку освещения цеха с использованием метода удельной мощности (удельных норм). Принимаем Р_уд = 10 Вт/м² по [1].

В качестве источников света выбраны лампы ДРЛ.

Р_{р осв} = К_с0 · Р_уд · F · К_прА · 10^-3,

где К_с0 = 0,85 - коэффициент спроса для производственных зданий, состоящих из отдельных помещений,

К_прА = 1,1 - коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре ламп ДРЛ;

F - площадь помещения.

Р_{р осв} = 0,85 · 10 · 2900 · 1,1 · 10^-3 = 27,12 кВт.

Расчетная реактивная нагрузка освещения определяется по выражению:

Q_{р осв} = Р_{р осв} · tg ц₀,

где tgц₀ = 1,3.

Q_{р осв} = 27,12 · 1,3 = 35,25 квар.

Рассчитаем суммарную расчетную нагрузку цеха:

- активная мощность

Р_рц = Р_р + Р_{р осв} = 292,59 + 27,12 = 319,71 кВт;

- реактивная мощность

Q_рц = Q_р + Q_{р осв} = 248,47 + 35,25 = 283,72 квар;

- полная мощность

кВА.

1.2. Выбор типа, числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности в цеховой сети.

При преобладании нагрузок II категории принимаем однотрансформаторную КТП (N_т = 1), с резервированием на напряжении 0,38 кВ. При этом коэффициент загрузки согласно [8] K_з = 0,7.

Рассчитаем предварительно номинальную мощность трансформатора при полной компенсации реактивных нагрузок цеха по выражению

.

Выберем трансформатор с S_ном.т = 630 кВА.

Рассчитаем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через выбранный трансформатор в сеть напряжением до 1 кВ.

квар.

Т.к. Q_т > Q_рц (303,76 > 283,72 квар), необходимо устанавливать компенсирующие устройства отсутствует.

1.3. Оценка фактической загрузки трансформатора

Определим фактический коэффициент загрузки трансформатора

.

Фактический коэффициент загрузки приблизительно равен принятому ранее в расчетах.

Выберем тип трансформатора ТМГ12 - 630/10.

Характеристики трансформатора приведены в табл. 3, [10].

Таблица 3

Характеристики цехового трансформатора ТМГ12 - 630/10

ТИП	Sном, кВ·А	Uном, кВ	?РX, кВт	?РК, кВт	UK, %	IXX, %
		ВН	НН
ТМГ12 - 630/10	630	10	0,4	0,8	6,75	5,5	0,7

Результаты расчета приведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты расчета

Категория цеха	Тип КТП	Число и тип тр-ров	Тип БК	Коэфф. загрузки
II	однотрансформаторная	1Ч ТМГ12 - 630/10	-	0,679

Задача 2

Рис. 1 Схема электроснабжения участка цеха

Для схемы рис. 1 требуется:

1. Выбрать сечения проводов марки АПВ - 3 (1ЧF) и плавкие предохранители к двигателям Д1-Д3. Данные для расчета приведены в табл.5. Температура окружающей среды в помещении - Т_ф.ос. = + 30 град.

2. Выбрать сечение жил кабеля (линия Л) к РП. Марка ААШв - 4ЧF. Температура окружающей среды в помещении - Т_ф.ос.= + 30 град, время использования максимальной нагрузки - Т_ма < 5000 ч.

3. Проверить по допустимой потере напряжения выбранные сечения жил кабеля (Л) и провода к одному двигателю, расположенному на наибольшем расстоянии от РП, если напряжение на источнике питания - Uтп = 378 В.

Все выбранные элементы показать на схеме рис. 1.

трансформатор мощность предохранитель напряжение

Таблица 5

Данные ПЭЭ участка цеха

Номер двигателя	Данные двигателей	Длина линии, м
	Рн.	cos ц	КПД, %	Iпуск./Iном	Л1	Л2	Л3
Д1 Д2 Д3	30 11 14	0,89 0,91 0,88	845 81 87	5 6 7	8	14	5

Примечания.

1. Двигатели расположены в помещении с нормальной окружающей средой (непожароопасное и невзрывоопасное помещение).

2. Условия пуска двигателей - тяжелые.

Решение

1. Сечения проводов напряжением до 1 кВ к двигателям выбираются по нагреву (при Т_ма < 5000 ч) максимальным расчетным током нормального режима с учетом температуры окружающей среды по выражению

K₁I_{доп.табл} ?I_р.макс, (6)

где для двигателя расчетный ток определяется по выражению

, (7)

K₁ - поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, определяется по [11, табл.1.3.3], K₁ = 0,88;

I_{доп.табл} - допустимая токовая нагрузка провода, определяется по [11, табл.1.3.5].

Рассчитаем расчетные токи линий Л1, Л2, Л3 по выражению (7)

;

;

.

Рассчитаем допустимые токи линий Л1, Л2, Л3 по выражению (6)

I_доп.1 ? 60,61/0,88 = 68,87 А;

I_доп.2 ? 22,67/0,88 = 25,77 А;

I_доп.3 ? 27,78/0,88 = 31,57 А.

Примем следующие сечения проводов линий

Л1 - АПВ - 3 (1Ч25 мм²), I_{доп.табл.Л1} = 80 А;

Л2 - АПВ - 3 (1Ч4 мм²), I_{доп.табл.Л2} = 28 А;

Л3 - АПВ - 3 (1Ч6 мм²), I_{доп.табл.Л3} = 32 А.

2. Выбор плавкого предохранителя.

2.1. Номинальное напряжение патрона должно быть равно номинальному напряжению сети или больше этого напряжения

U_н.патр.? U_н.сети= 380 В.

2.2. Номинальный ток патрона должен быть равен длительному наибольшему току из всех рабочих режимов или больше этого тока

I_н.патр. ? I_р (8).

I_{н.патр.Л1} ? 60,61 А;

I_{н.патр.Л2} ? 22,67 А;

I_{н.патр.Л3} ? 27,78 А.

По этим условиям выбираются:

для линий Л1, Л2 и Л3 - предохранители серии ПН-2-100 с номинальным током патрона I_н.патр = 100 А и предельным током отключения I_{пред.откл} = 50 кА.

2.3. Номинальный ток плавкой вставки должен быть равен длительному наибольшему току из всех рабочих режимов или больше этого тока.

I _н.п.в. ? I_р (9).

I _н.п.в.Л1 ? 60,61 А;

I _н.п.в.Л2 ? 22,67 А;

I _н.п.в.Л3 ? 27,78 А.

2.4. Плавкая вставка должна быть отстроена от пиковых токов (Iпик) электродвигателей или других приемников ЭЭ во избежание нарушения пусковых (пиковых) режимов работы, с учетом коэффициента отстройки К_{отс.п.в.}

I_н.п.в. ? К_{отс.п.в.} · I_пик, (10)

где К_{отс.п.в.} = 0,5 - для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска длительностью более 10 с.

I _н.п.в.Л1 ? 0,5 · 60,61 · 5 = 151,52 А;

I _н.п.в.Л2 ? 0,5 · 22,67 · 6 = 68,02 А;

I _н.п.в.Л3 ? 0,5 · 27,78 · 7 = 97,24 А.

По этим условиям выбираются:

для линии Л1 - плавкая вставка с номинальным током I _н.п.в.Л1 = 160 А для предохранителя серии ПН-2-250 с номинальным током патрона I_н.патр = 240 А и предельным током отключения I_{пред.откл} = 100 кА;

для линии Л2 - плавкая вставка с номинальным током I _н.п.в.Л2 = 80 А для предохранителя серии ПН-2-100;

для линии Л3 - плавкая вставка с номинальным током I _н.п.в.Л3 = 100 А для предохранителя серии ПН-2-100.

2.5. Выбранная плавкая вставка в обязательном порядке проверяется по условиям:

а) чувствительности к токам коротких замыканий (ТКЗ);

б) защищаемости.

Условие чувствительности: ПВ должна надежно отключать любой вид КЗ в любой точке электрической сети

I_кз._мин / I_н._п.в. ? 3 - для помещений с нормальной средой,

где I_кз. _мин - ток КЗ в конце защищаемого ПП участка сети.

Так как токи КЗ не рассчитываются, данное условие не проверяется.

Условие защищаемости: ПВ должна защищать не только ПЭЭ, но и участок электросети до этого ПЭЭ (провод или кабель):

I_н.п.в. ? K_защ. · I_доп,

где K_защ = 3 - для электрических сетей с защитой только от КЗ, когда защита от длительных токовых перегрузок не требуется;

I_доп -допустимый ток проводника с учетом поправочных коэффициентов на реальные условия эксплуатации, отличающиеся от нормальных.

I _н.п.в.Л1 = 160 А ? 3 · 80 = 240 А;

I _н.п.в.Л2 = 80 А ? 3 · 28 = 84 А;

I _н.п.в.Л3 = 100 А > 3 · 32 = 96 А.

Примем следующие сечение проводов линий

Л3 - АПВ - 3 (1Ч10 мм²), I_{доп.табл.Л3} = 47 А.

I _н.п.в.Л3 = 100 А ? 3 · 47 = 141 А.

Тогда условие выполняется для всех линий.

3. Сечение жил кабеля выбирается по (6), а расчетная токовая нагрузка определяется расчетом схемы рис.1. Допустимая токовая нагрузка кабеля, определяется по [11, табл.1.3.18].

I_доп.Л ?( I_{р.макс.Л1} + I_{р.макс.Л2} + I_{р.макс.Л3})/ K₁ = (60,61+ 22,67+ 27,78)/0,88 = 126,21 А.

Принимается сечение жил кабеля линии Л - 70 мм². I_{доп.табл.Л} = 155 А. Выбираем кабель ААШв - 4Ч70.

4. Допустимая потеря напряжения для схемы рис.1 определяется разностью

?U_доп = U_тп - U_{доп.пээ} = 378 - 361 = 17 В, (11)

где U_тп - заданное напряжение на источнике питания (ТП);

U_{доп.пээ} - допустимое напряжение у ПЭЭ (двигателя), которое в нормальном режиме работы должно быть не ниже 0,95Uном. (- 5%), то есть 361В.

Проверим по допустимой потере напряжения выбранные сечения жил кабеля (Л) и провода к двигателю Д2, расположенному на наибольшем расстоянии от РП.

Расчетное значение потери напряжения в кабеле определяется по выражению

?U _рк = I_р (Х₀ · l · sinц + R₀ · l · cosц), (12)

где I_р - расчетная токовая нагрузка кабеля;

Х₀ и R₀ - удельные параметры кабеля (Х₀=0,061 Ом/км и R₀=0,42 Ом/км);

l - длина кабеля (l = 0,05 км);

sin ц = Q_p/S_p; сos ц = Р_р/S_p.

Рассчитаем токовую нагрузку кабеля

I_р = I_{р.макс.Л1} + I_{р.макс.Л2} + I_{р.макс.Л3} =60,61+ 22,67+ 27,78= 111,07 А.

Рассчитаем полные мощности

S_p.Д1 = Р_р.Д1 / сos ц_.Д1 =30/0,89=33,71 кВА,

S_p.Д2 = Р_р.Д2 / сos ц_.Д2 =11/0,91=12,09 кВА,

S_p.Д3 = Р_р.Д3 / сos ц_.Д3 =14/0,88=15,91 кВА.

Рассчитаем реактивные мощности

кВАр;

кВАр;

кВАр.

Тогда

sin ц_л = Q_p/S_p = (15,37+5,01+15,91)/(33,71+12,09+15,91)=0,453;

cos ц_л = P_p/S_p = (30+11+14)/(33,71+12,09+15,91)=0,891.

?U _рк = · 111,07 · (0,061 · 0,05 · 0,453 + 0,42 · 0,05 · 0,891)=3,87 В.

Расчетное значение потери напряжения в проводе к двигателю (U_рп) определяется по (12) по данным провода.

Для провода Л2 - АПВ - 3 (1Ч4 мм²) Х₀=0,095 Ом/км и R₀=8,35 Ом/км;

sin ц_Д2 = Q_p.Д2/S_p.Д2 = 5,01/12,09 = 0,415.

?U _рп = · 22,67 · (0,095 · 0,014 · 0,415 + 8,35 · 0,014 · 0,91)=4,2 В.

Напряжение у двигателя определяется по выражению

U_д = U_тп - ( ? U_рк + ? U_рп). (13)

Рассчитаем

U_д = 378 - (3,87 + 4,2)=369,93 В.

U_д > U_{доп пээ} = 361 В, потеря напряжения у двигателя допустимая.

Все выбранные элементы показаны на схеме рис. 2.

Рис. 2 Схема электроснабжения участка цеха

Литература

1. Кудрин Б. И. Электроснабжение потребителей и режимы: учеб. пособие для вузов / Б. И. Кудрин, Б. В. Жилин, Ю. В. Матюнина. М.: Издательский дом МЭИ, 2013. 412 с.

2. Кудрин Б. И. Электроснабжение: учебник для вузов / Б. И. Кудрин. М.: Академия, 2015. 352 с.

3. Шведов Г.В. Электроснабжение городов: электропотребление, расчетные нагрузки, распределительные сети: учеб. пособие для вузов / Г. В. Шведов. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. 268 с.

4. Бушуева О.А. Расчетные электрические нагрузки промышленных предприятий: метод. указания для самостоятельной работы студентов / О. А. Бушуева, Е. В. Пономарева ; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем. Иваново, 2013. 40 с. (библ. номер 2086)

5. Бушуева О.А. Выбор силовых трансформаторов на цеховых подстанциях: метод.указания для самостоятельной работы студентов / О. А. Бушуева, Д. А. Полкошников; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем. Иваново, 2014. 32 с. (библ. номер 2149)

6. Бушуева О.А. Схемы электроснабжения промышленных предприятий: метод. Указания для самостоятельной работы студентов / О. А. Бушуева, Д. А. Полкошников ; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем. Иваново, 2013. 32 с. (библ. номер 2092).

6. Бушуева О.А. Схемы электроснабжения промышленных предприятий: метод. указания для самостоятельной работы студентов / О. А. Бушуева, Д. А. Полкошников ; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем. Иваново, 2013. 32 с. (библ. Номер 2092)

7. Бушуева О. А. Исследование графиков электрических нагрузок промышленных предприятий и городов: метод. указания к лабораторной работе №1 по дисциплине «Электроснабжение» / О. А. Бушуева, Е. Н. Елисеева; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем. Иваново, 2017. 28 с.

8. Бушуева О. А. Схемы электроснабжения промышленных предприятий на напряжение до 1 кВ: метод. указания к лабораторной работе №2 по дисциплине «Электроснабжение» / О. А. Бушуева, Е. Н. Елисеева; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем ; ред. М. И. Соколов. Иваново, 2018. 40 с.

9. Бушуева О. А. Исследование схем городских распределительных электрических сетей: методические указания к лабораторной работе №3 по дисциплине «Электроснабжение» / О. А. Бушуева, Е. Н. Елисеева; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем; Иваново, 2017. 28 с.

10. Бушуева О. А. Электроснабжение: программа, метод. указания и контрольное задание для студентов заочников по дисциплине «Электроснабжение» / О. А. Бушуева; Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина", Каф. электрических систем ; ред. М. И. Соколов. Иваново, 2019. 35 с.

11. Правила устройства электроустановок (седьмое издание). М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2011.

Размещено на Allbest.ru

...