Расчет электрических нагрузок по цеху
Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирается и проверяется электрооборудование системы электроснабжения, определяются потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надёжность работы электрооборудования [1].
Расчетная нагрузка ремонтно-механического цеха определяется методом упорядоченных диаграмм, а освещение – методом удельной мощности.
Коэффициент мощности соs φ и коэффициент использования активной мощности КИ для каждого электроприемника (ЭП) определяются по справочной литературе. Затем определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену
РСР= 
;QСР = РСР · tg φ; (3.1)
Электроприемники объединяются по (10¸12) штук для присоединения к силовым пунктам СП (узлу). В каждом СП все электроприемники делятся на две группы:
1 группа – электроприемники с примерно постоянным графиком нагрузки, для которой всегда коэффициент максимума Км равен 1, тогда Рр= Рср, Qp= Qср. К данной группе относятся насосы, вентиляторы, печи электрические и др.
2 группа – электроприемники с переменным графиком нагрузки.
Расчет ведется один на группу в итоговой строке таблицы 2 в следующем порядке.
В графе 3 определяется количество электроприемников по данному узлу, работающих с переменной нагрузкой.
В графе 4 указывается мощность наименьшего и наибольшего электроприемника.
В графе 5 определяется суммарная мощность электроприемников с кратковременной нагрузкой.
В графе 6 определяется модуль силовой сборки (указывается только больше 3 или меньше 3)
. (3.2)
В графе 9 определяется суммарная средняя активная мощность электроприемников.
В графе 10 определяется суммарная средняя реактивная мощность электроприемников.
В графе 7 определяется коэффициент использования по данной группе
. (3.3)
В графе 11 определяется эффективное число электроприемников nэф по следующим условиям:
а) если общее число электроприемников n меньше 3, то nэф не определяется, а
, (3.4)
где tgφ = 
.
б) n< 5; kи > 0,2; m> 3
; (3.5)
в) n> 5; kи > 0,2; m< 3
nЭФ = n; (3.6)
г) n> 5; kи < 0,2; m< 3, nЭФ – не определяется, расчетная мощность по коэффициенту загрузки kЗ, равном при повторном кратковременном режиме 0,75
Рр = kЗ · ΣРн; (3.7)
Qр = Рр· tg φ (3.8)
Таблица 3.1 – Расчет электрических нагрузок
| № отделения | Наименование отделения (участка) цеха и производственного оборудования | количество, шт | Установлен-ная мощность в единице, кВт | Ки | Cosϕ\tgϕ | m | Средняя мощность за максимально загруженную смену | nэф | Кмах | Максимальная расчетная мощность | Рас-четный ток Iр, А | |||||
| PН | ΣP | Рср, кВт | Qср, кВАр | Pр, кВт | Qр, кВАр | Sр , кВА | ||||||||||
| ЗО IV | ||||||||||||||||
| СП-1 | ||||||||||||||||
| Ножницы роликовые | 3,20 | 3,20 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,51 | 0,89 | |||||||||
| Станок | 6,00 | 6,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,96 | 1,66 | |||||||||
| Установка | 2,50 | 2,5 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,80 | 1,38 | |||||||||
| Гальвоническая ванна (U=12В) | 1,87 | 1,87 | 0,60 | 0,78 | 0,80 | 1,12 | 0,90 | |||||||||
| Гальвоническая ванна (U=6В) | 0,94 | 0,94 | 0,60 | 0,78 | 0,80 | 0,56 | 0,45 | |||||||||
| Установка | 0,50 | 1,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,16 | 0,28 | |||||||||
| Станок | 10,0 | 30,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 4,80 | 8,30 | |||||||||
| Итого по СП-1 | 45,51 | 0,19 | 0,54 | 1,55 | >3 | 8,92 | 13,86 | 2,1 | 18,73 | 15,25 | 24,15 | 36,69 | ||||
| СП-2 | ||||||||||||||||
| Установка | 2,50 | 2,50 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,40 | 0,69 | |||||||||
| Станок | 3,20 | 3,20 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,51 | 0,89 | |||||||||
| Установка | 1,20 | 3,60 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,58 | 1,00 | |||||||||
| Станок | 6,50 | 6,50 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,04 | 1,80 |
Продолжение таблицы 3.1
| Ножницы | 20,0 | 20,0 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 3,20 | 5,54 | |||||||||
| Станок | 5,00 | 5,0 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,80 | 1,38 | |||||||||
| Установка | 28,0 | 28,0 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 4,48 | 7,75 | |||||||||
| Итого по СП-2 | 68,8 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | >3 | 11,0 | 19,04 | 3,11 | 34,23 | 20,95 | 40,14 | 60,99 | ||||
| ИО -I | ||||||||||||||||
| СП -3 | ||||||||||||||||
| Универсальный фрезерный станок | 6,30 | 6,3 | 0,17 | 0,65 | 1,15 | 1,07 | 1,23 | |||||||||
| Фрезерный станок | 1,25 | 1,25 | 0,17 | 0,65 | 1,15 | 0,21 | 0,24 | |||||||||
| Строгальный полуавтомат | 4,70 | 4,70 | 0,17 | 0,65 | 1,15 | 0,80 | 0,92 | |||||||||
| Вертикальный -фрезерный станок | 5,50 | 5,50 | 0,17 | 0,65 | 1,15 | 0,94 | 1,08 | |||||||||
| Горизантально - фрезерный станок | 8,70 | 8,70 | 0,17 | 0,65 | 1,15 | 1,48 | 1,70 | |||||||||
| Фрезерный станок | 12,9 | 12,9 | 0,17 | 0,65 | 1,15 | 2,19 | 2,52 | |||||||||
| Кран-балка | 11,0 | 11,0 | 0,05 | 0,50 | 1,73 | 0,55 | 0,95 | |||||||||
| Итого по СП-3 | 50,35 | 0,14 | 0,64 | 1,19 | >3 | 7,24 | 8,64 | |||||||||
| СП-4 | ||||||||||||||||
| Фрезерный станок | 1,25 | 1,25 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,20 | 0,35 | |||||||||
| Поперечно- строгальный станок | 12,0 | 12,0 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,92 | 3,32 | |||||||||
| Универсальный фрезерный станок | 25,6 | 25,6 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 4,10 | 7,09 | |||||||||
| Токарный станок | 7,50 | 7,50 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,20 | 2,08 |
Продолжение таблицы 3.1
| Строгальный ст. | 10,00 | 20,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 3,20 | 5,54 | |||||||||
| Поперечно- строгальный ст. | 3,00 | 6,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,96 | 1,66 | |||||||||
| Долбежный станок | 2,80 | 5,60 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,90 | 1,55 | |||||||||
| Итого по СП-4 | 77,95 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | >3 | 12,47 | 21,58 | 48,52 | 23,73 | 54,01 | 82,06 | |||||
| КСО -II | ||||||||||||||||
| СП -5 | ||||||||||||||||
| Вентилятор | 4,50 | 4,50 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 2,88 | 2,53 | 2,88 | 2,53 | |||||||
| Сварочный трансформатор ПВ=65% | 15,24 | 15,24 | 0,30 | 0,35 | 2,58 | 4,57 | 11,79 | |||||||||
| Сварочная машина cosf=0,5 ПВ=50% | 13,44 | 13,44 | 0,85 | 0,35 | 0,45 | 11,42 | 5,14 | |||||||||
| Сварочная машина cosf=0,4 ПВ=10% | 14,42 | 14,42 | 0,85 | 0,35 | 0,45 | 12,26 | 5,52 | |||||||||
| Сварочная машина cosf=0,4 ПВ=20% | 11,81 | 11,81 | 0,85 | 0,35 | 0,45 | 10,04 | 4,52 | |||||||||
| Сварочная машина cosf=0,4 ПВ=50% | 21,50 | 21,50 | 0,85 | 0,35 | 0,45 | 18,27 | 8,22 | |||||||||
| Точильный- шлиф. станок | 12,00 | 12,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,92 | 3,32 | |||||||||
| Шлифовальный станок | 10,00 | 10,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,60 | 2,77 | |||||||||
| Фрезерный станок | 12,00 | 12,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,92 | 3,32 | |||||||||
| Токарный станок | 24,00 | 24,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 3,84 | 6,64 | |||||||||
| Итого по «Б» | 134,4 | 0,49 | 0,79 | 0,78 | <3 | 65,84 | 51,24 | 90,19 | 56,37 |
Продолжение таблицы 3.1
| Итого по СП-5 | 68,72 | 53,78 | 93,07 | 58,90 | 110,2 | 167,4 | ||||||||||
| СП -6 | ||||||||||||||||
| Элетропечьcosf=1 ПВ=100% | 24,70 | 49,40 | 0,80 | 1,00 | 0,00 | 39,52 | 0,00 | 39,52 | 0,00 | |||||||
| Вентилятор | 4,50 | 13,50 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 8,64 | 7,60 | 8,64 | 7,60 | |||||||
| Электротельфер Q=2тс ПВ=25% | 1,50 | 3,00 | 0,50 | 0,60 | 1,33 | 1,50 | 2,00 | |||||||||
| Сварочная машина cosf=0,4 ПВ=20% | 11,81 | 11,81 | 0,85 | 0,90 | 0,45 | 10,04 | 4,52 | |||||||||
| Сварочная машина cosf=0,6 ПВ=20% | 11,81 | 11,81 | 0,85 | 0,90 | 0,45 | 10,04 | 4,52 | |||||||||
| Итого по «Б» | 26,62 | 0,81 | 0,89 | 0,51 | >3 | 21,58 | 11,03 | 1,18 | 24,17 | 12,1 | ||||||
| Итого по СП-6 | 89,51 | 73,33 | 19,73 | 75,80 | 115,2 | |||||||||||
| МПК I | ||||||||||||||||
| СП -7 | ||||||||||||||||
| Вентилятор | 13,00 | 13,00 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 8,32 | 7,32 | 8,32 | 7,32 | |||||||
| Вентилятор | 10,00 | 10,00 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 6,40 | 5,63 | 6,40 | 5,63 | |||||||
| Ванна 6В | 1,58 | 7,88 | 0,60 | 0,78 | 0,80 | 4,73 | 3,78 | 4,73 | 3,78 | |||||||
| Ванна 12В | 2,25 | 6,75 | 0,60 | 0,78 | 0,80 | 4,05 | 3,24 | 4,05 | 3,24 | |||||||
| Итого по СП-7 | 37,63 | 23,50 | 18,80 | 23,50 | 19,97 | 30,84 | ||||||||||
| СП -8 | ||||||||||||||||
| Насос | 13,00 | 13,00 | 0,70 | 0,80 | 0,73 | 9,10 | 6,64 | 9,10 | 6,64 | |||||||
| Станок | 18,00 | 36,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 5,76 | 9,96 |
Продолжение таблицы 3.1
| Станок | 28,00 | 28,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 4,48 | 7,75 | |||||||||
| Ванна 6В | 1,13 | 3,38 | 0,60 | 0,78 | 0,80 | 2,03 | 1,62 | 2,03 | 1,62 | |||||||
| Ванна 12В | 5,40 | 10,80 | 0,60 | 0,78 | 0,80 | 10,80 | 8,64 | 10,80 | 8,64 | |||||||
| Итого по «Б» | 60,18 | 0,12 | 0,30 | 3,21 | >3 | 10,24 | 27,98 | 25,29 | ||||||||
| Итого по СП-8 | 73,18 | 32,17 | 34,62 | 21,93 | 16,90 | 27,68 | 42,06 | |||||||||
| ШУ-I | ||||||||||||||||
| СП -9 | ||||||||||||||||
| Заточный станок | 1,60 | 1,60 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,26 | 0,44 | |||||||||
| Шлиф. станок | 15,00 | 30,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 4,80 | 8,30 | |||||||||
| Расточный станок | 1,60 | 5,40 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,77 | 1,33 | |||||||||
| Итого по СП-9 | 37,0 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | >3 | 5,82 | 10,08 | 18,11 | 11,08 | 21,23 | 32,26 | |||||
| СП-10 | ||||||||||||||||
| Вентилятор | 7,80 | 15,60 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 9,98 | 8,79 | 9,98 | 8,79 | |||||||
| Шлиф. станок | 15,70 | 31,40 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 5,02 | 8,69 | |||||||||
| Шлиф. станок | 15,70 | 15,70 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 2,51 | 4,35 | |||||||||
| Шлиф. станок | 10,90 | 10,90 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,74 | 3,02 | |||||||||
| Шлиф. станок | 17,80 | 17,80 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 2,85 | 4,93 | |||||||||
| Шлиф. станок | 4,00 | 4,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,64 | 1,11 | |||||||||
| Шлиф. станок | 7,10 | 7,10 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 1,14 | 1,97 | |||||||||
| Расточный станок | 2,00 | 2,00 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | 0,32 | 0,55 | |||||||||
| Всего | 88,90 | 0,16 | 0,50 | 1,73 | >3 | 14,22 | 24,61 | 36,27 | 27,83 | |||||||
| Итого по СП-9 | 104,5 | 24,21 | 33,39 | 45,26 | 35,85 | 57,74 | 87,73 |
Продолжение таблицы 3.1
| АБ I | ||||||||||||||||
| СП-11 | ||||||||||||||||
| Электрополотенце | 0,02 | 0,02 | 0,5 | 0,5 | 1,73 | 0,01 | 0,01 | |||||||||
| Ветилятор | 0,2 | 0,2 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 0,13 | 0,11 | |||||||||
| Вентилятор | 0,88 | 2,64 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 1,71 | 1,5 | |||||||||
| Вентилятор | 0,34 | 1,02 | 0,64 | 0,75 | 0,88 | 0,66 | 0,58 | |||||||||
| Итого | 3,88 | 2,51 | 2,2 | 2,51 | 2,2 | |||||||||||
| итого | 395,6 | 231,88 | 458,58 | 696,7 |
д) n> 5; kи > 0,2; m> 3
. (3.9)
е) n> 5; kи < 0,2; m> 3
nЭФ = 
· n, (3.10)
где =f (n*;P*) – выбирается по таблице [2];
- относительное число электроприемников группы, мощность каждого из которых не менее половины мощности наибольшего электроприемника;
- относительная мощность n1 наибольших электроприемников.
Графа 12 – коэффициент максимума kmaxопределяется по справочнику.
Определяются расчетные максимальные нагрузки по группе 2
Рр = kmax·PCP; (3.11)
Qр = k'max· QCP; (3.12)
где k'max – коэффициент максимума для реактивной мощности, равен 1,1 при nэф<10, в остальных случаях k'max = 1.
В строке итого по СП складываются Рр и Qр по группам 1 и 2 и определяется полная мощность и расчетный ток СП
; (3.13)
, (3.14)
где Uн – номинальное напряжение, равное 0,38 кВ.
Результаты расчетов сведены в таблицу 3.1. В зависимости от принятой схемы электроснабжения и условий окружающей среды цеховые электрические сети выполняют шинопроводами, кабельными линиями и проводами.
Конструктивное исполнение электрических сетей отделений цеха представлены в таблицы 3.2
Таблица 3.2 - Конструктивное исполнение электрических сетей отделений
| № | Наименование отделения | Конструктивное исполнение электрической сети |
| Заготовительное отделение (ЗО) | Силовые распределительные пункты | |
| Кузнечно- сварочное отделение (КСО) | Силовые распределительные пункты | |
| Шлифовальный участок (ШУ) | Силовые распределительные пункты | |
| Участок металлопокрытий (МПК) | Силовые распределительные пункты | |
| Инструментальное отделение (ИО) | Силовые распределительные пункты | |
| Административно-бытовые помещения | Силовой распределительный пункт |
Осветительная нагрузка цеха определяется методом удельной мощности
Находим площадь цеха, м2
Fцеха = 6·n; (3.15)
Fцеха = 6·99=594;
где n - количество оборудования РМЦ.
Росв.ц. = Руд.Fцеха, (3.16)
Росв.ц. = 0,12·594=66,24,
Qосв.ц. = Росв.ц.·tgφ
Qосв.ц. = 66,24·0,33=21,86
где Росв.ц – мощность осветительной нагрузки, кВт;
Руд. – удельная мощность освещения, в зависимости от площади цеха и типа ламп (тип светильников для расчетов определяется в зависимости от условий окружающей среды) определяется по таблице значения удельных мощностей [1], кВт/м2.
Необходимо учесть, что лампы накаливания имеют cosφ = 1, люминесцентные и газоразрядные лампы – cosφ = 0,9.
Определяется расчетная мощность по цеху
Рр.ц. = Рсил. + Росв.ц; (3.17)
Рр.ц. = 395,64 + 66,24=461,88;
Qр.ц. = Qсил. + Qосв.ц; (3.18)
Qр.ц. = 231,88+21,86=253,74;
(3.19)
;
Коэффициент мощности цеха определяется по следующей формуле
(3.20)
cosj= 
так как расчетный коэффициент мощности меньше заданного энергосистемой 0,95, то необходимо произвести компенсацию реактивной мощности.