Расчет нагрузок осветительных приемников

Расчет цеховой нагрузки

Методические указания к выполнению практической работы по дисциплине «Проектирование систем электроснабжения» для специальности 140211

«Электроснабжение»

Набережные Челны

Цель работы: определение расчетной нагрузки цеховой трансформаторной подстанции; выбор трансформаторов и проверка их перегрузочной способности.

Порядок выполнения работы:

1. Привести всю нагрузку (кратковременного или повторно-кратковременного режимов или однофазную) к трехфазной нагрузке длительного режима.

2. Сгруппировать нагрузку, распределив её по силовым пунктам РП и шинопроводам.

3. Далее методом упорядоченных диаграмм ведется расчет нагрузки по каждой группе приёмников отдельно.

4. Заполняется сводная ведомость электрических нагрузок по цеху.

5. По расчетной цеховой нагрузке выбираются количество и мощность трансформаторов.

6. Выбранные трансформаторы проверяются на перегрузочную способность в нормальном и аварийном режимах.

7. Составить однолинейную схему электроснабжения цеха.

Основные теоретические положения

Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребление, принята следующая система обозначений: показатели электропотребления индивидуальных электроприемников (ЭП) обозначаются строчными буквами, а групп ЭП - прописными буквами латинского или греческого алфавита.

Номинальная (установленная) мощность одного ЭП - мощность, обозначенная на заводской табличке или в его паспорте. Применительно к агрегату с многодвигательным приводом под номинальной мощностью подразу­мевают наибольшую сумму номинальных мощностей одновременно работающих двигателей агрегата.

Групповая номинальная (установленная) активная мощность - сумма номинальных активных мощностей группы ЭП:

(1)

где n - число электроприемников.

Номинальная реактивная мощность g_H одного ЭП - реактивная мощность, потребляемая из сети или отдаваемая в сеть при номинальной актив­ной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей — при номинальном токе возбуждения.

Групповая номинальная реактивная мощность - алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей, входящих в группу ЭП:

(2)

где tgφ - паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

Групповая средняя активная или реактивная мощность за период времени Т определяется как частное от деления расхода активной W_a или реактивной W_p энергии всех входящих в группу ЭП на длительность периода:

(3)

Средняя активная (или реактивная) мощность группы равна сумме средних активных (или реактивных) мощностей входящих в группу ЭП (кроме резервных):

(4)

В дальнейшем под термином «средняя активная (или реактивная) мощность» имеется в виду наибольшее возможное значение средней активной (или реактивной) мощности за наиболее загруженную смену продолжительностью Т = Т_см (Т_см - продолжительность смены), т.е. смену с наибольшим потреблением энергии группой ЭП, цехом или предприятием в целом.

Коэффициентом использования отдельного электроприемника k_и или группы ЭП К_и называется отношение средней активной мощности отдельного ЭП р_с или группы ЭП Р_с за наиболее загруженную смену к её номинальному значению:

(5)

В справочных материалах, содержащих расчетные коэффициенты для определения электрических нагрузок промышленных предприятий, справоч­ные значения коэффициентов использования приведены по характерным (однородным) категориям ЭП. К одной характерной категории относятся ЭП, имеющие одинаковое технологическое назначение, а также одинаковые верх­ние границы возможных значений k_и и коэффициентов реактивной мощности tgφ. Например, сверлильные станки относятся к характерной категории «металлорежущие станки», которая представлена в справочных материалах расчетными коэффициентами k_и = 0,14 и tg φ = 2,3. Это означает, что актив­ная и реактивная средняя (за максимально загруженную смену) мощность любого станка, относящегося к указанной характерной категории, может быть выше Р_с = Р_нk_и и g_c = Р_нk_иtgφ с вероятностью превышения не более 0,05.

Для группы, состоящей из ЭП различных категорий (т.е. с разными k_и), средневзвешенный коэффициент использования определяется по формуле

(6)

где n - число характерных категорий ЭП, входящих в данную группу.

Эффективное число электроприемников п_э — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуслав­ливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощно­сти электроприемников. Величина n_э определяется по следующему выражению:

(7)

где Р_н макс - номинальная мощность наиболее мощного ЭП группы; n - фактическое число электроприемников.

Если найденное по этой формуле число n_э окажется больше n, то следует принимать п_э = п. В случае, если Р_{н...макс}/Р_{н мин} ≤3, также принимается п_э= n.

Расчётная мощность Р_р, Q_p - это мощность, соответствующая такой неизменной токовой нагрузки I_р, которая эквивалентна фактической изменяющейся во времени нагрузке по возможному наибольшему тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной не превышает 0,05 на интервале осреднения, длительность которого принята равным трём постоянным времени нагрева (3Т₀) элемента системы электроснабжения, через которые передаётся ток нагрузки (кабель, провод, шинопровод, трансформатор и т.д.).

Для оценочных ЭП расчётная мощность принимается равной номи­нальной. Для одиночных ЭП повторно-кратковременного режима расчётная мощность принимается равной номинальной приведённой к длительному режиму.

Коэффициентом расчётной мощности К_р называется отношение расчётной активной мощности Р_р к значению средней мощности Р_с группы ЭП с эффективным числом ЭП n_э ≥ 2:

(8)

Коэффициент расчётной мощности зависит от эффективного числа электроприёмников, средневзвешенного коэффициента использования, а также от постоянной времени нагрева сети, для которой производится расчёт электрических нагрузок.

T₀ = 10 мин - для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значения К_р для этих сетей принимаются по табл. 1; Т₀= 2,5 часа - для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значение К_р для этих сетей принимается по табл. 2; T₀ ≥30 мин - для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства. Расчётная мощность для этих элементов определяется при К_р = 1.

Коэффициентом спроса К_с группы ЭП называется отношение расчетной активной мощности к номинальной мощности группы:

(9)

Коэффициентом одновременности К_о называется отношение расчётной мощности на шинах 6 - 10 кВ к сумме расчётных мощностей потребителей, подключенных к шинам 6-10 кВ.

(10)

Исходными данными для определения электрических нагрузок являются количество и мощность приёмников электроэнергии, находящихся в цехе, категория по степени надёжности, характеристика помещения по окружающей среде.

Для определения расчётных нагрузок групп электроприёмников цеха наибольшее применение получил метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузки, который положен в основу «Указаний по определению электрических нагрузок в промышленных установках». Этот метод позволяет по номинальной мощности и характеристике приёмников определить расчётный максимум нагрузки.

Расчёт электрических нагрузок ведётся по длительному режиму работы приёмников. При наличии приёмников электроэнергии, работающих в повторно-кратковременном режиме, установленная мощность Р_у, кВт, должна быть приведена к длительному режиму по одной из формул:

для двигателей повторно-кратковременного режима

(11)

для трансформаторов электропечей

(12)

для трансформаторов сварочных машин и сварочных трансформаторов ручной сварки

(13)

где ПВ - номинальная (паспортная) продолжительность включения, отн. ед.; Р_н.п. - паспортная мощность электродвигателя при относительной номинальной продолжительности включения, кВт; S_Н - паспортная мощность трансформатора, кВA; cosφ_H - коэффициент мощности электропечи, сварочного аппарата или сварочного трансформатора при номинальных условиях.

Расчёт электрических нагрузок ЭП напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительный пункт, шкаф, сборка, распределительный шинопровод, щит станций управления, троллей, магистральный шинопровод, цеховая трансформаторная подстанция), а также по цеху, корпусу в целом.

Исходные данные для расчета заполняются на основании полученных заданий на проектирование электротехнической части и согласно справочным материалам, в которых приведены значения коэффициентов использования и реактивной мощности.

При включении однофазного ЭП на фазное напряжение он учитывается как эквивалентный трёхфазный ЭП с номинальной мощностью:

p_и = 3р_но; q_H = 3 q_H0, (14)

где р_но ,q_но - активная и реактивная мощность однофазного ЭП. При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитыва­ется как эквивалентный трёхфазный ЭП с номинальной мощностью:

p_H = p_но ; q_H= q_H0. (15)

При наличии группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15 % по отношению к общей мощности трёх­фазных и однофазных ЭП в группе, они могут быть представлены в расчёте как эквивалентная группа трёхфазных ЭП с той же суммарной мощностью. В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эк­вивалентной группы трёхфазных ЭП принимается равной тройному значе­нию мощности наиболее загруженной фазы.

При наличии в справочных материалах интервальных значений сле­дует для расчёта принимать наибольшее значение. Значение k_и должны быть определены из условия, что вероятность превышения значения фактической средней мощности над расчётной для характерной категории ЭП должна быть не более 0,05.

Далее определяются средние активные и реактивные мощности каждой характерной группы электроприёмников:

Р_с=Р_нk_и; Q_c = P_c tgφ (16)

Определяются суммарные значения средней активной и реактивной мощности:

(17)

где т - число характерных категорий ЭП.

Определяется средневзвешенный коэффициент использования

(18)

Значение К_и заносится в сводную ведомость итоговой строки.

Определяется эффективное число электроприёмников по выражению

(19)

где Р_н.макс- номинальная мощность наиболее мощного ЭП.

Значение п_э заносится в графу итоговой строки сводной ведомости по шинопроводу. В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников определяется коэффициент расчётной нагрузки К_р. Расчётная активная мощность групп ЭП напряжением до 1 кВ определяется в зависимости от средней мощности Р_с и соответствующе­го значения К_р, кВт:

Р_р=К_рР_с . (20)

Расчётная реактивная мощность определяется следующим образом:

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

при n_э≤10 Qр= 1,1Q_с,

при n_э≥10 Q_P=Q_c

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

Q_p = K_pQ_c. (21)

К расчетным силовым нагрузкам Р_рс, Q_pc прибавляются осветительные нагрузки P_ро, Q_po:

P_p=P_pc+P_po; Q_p=Q_pc+ Q_po. (22)

Значение токов расчётной нагрузки, по которой выбирается сечение линий по допустимому нагреву, определяется по выражению

(23)

где S_p=(P²_p +Q²_p)^1/2 - полная расчётная мощность в кВА .

Расчётная мощность на шинах 6-10 кВ распределительных и главных подстанций определяется с учётом коэффициента одновременности, значе­ние которого принимается в зависимости от величины средневзвешенного коэффициента использования и числа присоединений к сборным шинам РУ, ГПП:

Р_р=∑Р_сК_о; (24)

Q_p=∑Q_cK_o; (25)

(26)

Расчет нагрузок осветительных приемников

Расчётная нагрузка осветительных приёмников цеха определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса, кВт:

Р_р.о=Р_н.о·К_с.о, (27)

где К_с.о — коэффициент спроса для освещения, принимаемый по справочным данным [4]; Р_н.о - установленная мощность приёмников электрического ос­вещения, которая может быть определена по формуле, кВт:

Р_р.о = Р_уд.о•F, (28)

где F - площадь цеха, м² ; Р_уд.о - удельная нагрузка, Вт/м² [4].

Полная расчётная мощность силовых и осветительных приёмников без учёта КУ определяется из соотношения, кВ А:

(29)

Приёмники напряжением выше 1000 В учитываются отдельно. Суммарные расчётные активные и реактивные нагрузки потребителей 0,38/0,22 и 6-10 кВ определяются суммированием.

Таблица 1- Сводная ведомость для расчёта электрических нагрузок

Таблица 2 - Значения коэффициентов расчётной нагрузки К_р для питающих сетей напряжением до 1000 В

Таблица 3 - Значения коэффициентов расчётной нагрузки К_р нашинах низкого напряжения цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводов напряжением до 1 кВ