ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК СОБСТВЕННЫХ НУЖД ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЦЕХА №40 И ВЫБОР РАБОЧЕГО ТРАНСФОРМАТОРА СОБСТВЕННЫХ НУЖД

9.1 Исходные данные

Электроснабжение цеха №40 производится от РУ №3 предприятия ОАО "Строммашина" г.Кохма.

В производственном цехе №40 установлено множество различного оборудования, с помощью которого осуществляются сварочные, оборудование обработки деталей и составляющих, сборочные, покрасочные, сушильные и упаковочные работы.

Таблица 9.1- Перечень оборудования цеха №40

Наименование	Количество	Номинальная мощность, кВт	Установленная мощность, кВт	Ки	cosφ/tgφ
Станок токарный				0,47	0,45/1,98
Станок токарный				0,47	0,45/1,98
Токарный центр				0,47	0,45/1,98
Токарный центр				0,47	0,45/1,98
Токарный центр				0,47	0,45/1,98
Станок фрезерный		10,5	10,5	0,52	0,55/1,82
Станок продольно-фрезерный				0,52	0,55/1,82
Станок вертикально-фрезерный		10,5		0,52	0,55/1,82
Станок вертикально-фрезерный				0,52	0,55/1,82
вертикально-фрезерный центр				0,52	0,55/1,82
горизонтально-фрезерный центр				0,52	0,55/1,82
Станок продольно-фрезерный				0,52	0,55/1,82
Станок продольно-фрезерный				0,52	0,55/1,82
Станок торцефрезерный		7,5	7,5	0,52	0,55/1,82
Станок вертикально-сверлильный				0,37	0,42/1,68
Станок вертикально-сверлильный				0,37	0,42/1,68
Станок радиально-сверлильный		5,5		0,37	0,42/1,68
Станок радиально-сверлильный		7,5	7,5	0,37	0,42/1,68
Станок координатно-шлифовальный				0,37	0,42/1,68
Станок координатно-шлифовальный				0,37	0,42/1,68
Станок обдирочно-шлифовальный		7,5		0,37	0,42/1,68
Станок точильно-шлифовальный		7,5	7,5	0,37	0,42/1,68
Станок горизонтально-расточной				0,37	0,42/1,68
Станок кромко-строгальный				0,37	0,42/1,68
Газорезательная установка				0,37	0,42/1,68
Пресс для запресовки подшипников		5,5	5,5	0,56	0,5/1,73
Пресс листогибочный		10,5	31,5	0,56	0,5/1,73
Пресс				0,56	0,5/1,73
Пресс кривошипный				0,56	0,5/1,73
Пресс гидравлический		7,5	22,5	0,56	0,5/1,73
Пресс вулканизационный				0,56	0,5/1,73
Машина листогибочная				0,78	0,8/0,75
Машина листоплавильная				0,78	0,8/0,75
Машина листоплавильная				0,78	0,8/0,75
Машина листоплавильная				0,78	0,8/0,75
Машина червячная		5,5	5,5	0,78	0,8/0,75
Компл. ножн. лист.				0,47	0,45/1,98
Ножницы листовые				0,47	0,45/1,98
Ножницы листовые				0,47	0,45/1,98
Ножницы листовые				0,47	0,45/1,98
Ножницы листовые				0,47	0,45/1,98
Ножницы комбинированные				0,47	0,45/1,98
Ножницы высечные		7,5	7,5	0,47	0,45/1,98
Рольганг приводной к ножницам		5,5	5,5	0,47	0,45/1,98
Станок ленточнопильный				0,56	0,5/1,73
Станок ленточнопильный				0,56	0,5/1,73
Станок ленточнопильный				0,56	0,5/1,73
Пила маятниковая				0,56	0,5/1,73
Вальцы				0,23	0,5/1,76
Дробеструйная камера				0,23	0,5/1,76
Стелаж механизированный				0,23	0,5/1,76
Тележка передаточная		5,5		0,23	0,5/1,76
Кран мостовой		26,5	186,5	0,23	0,5/1,76
Кран мостовой				0,23	0,5/1,76
Кран мостовой				0,23	0,5/1,76
Кран козловой				0,23	0,5/1,76
Кран п/козловой				0,23	0,5/1,76
Кран-балка				0,23	0,5/1,76
Кран-штабелер				0,23	0,5/1,76
Таль				0,23	0,5/1,76
Таль				0,23	0,5/1,76

9.2 Определение расчетных электрических нагрузок

Все электроприемники цеха разбиваются на характерные группы. В группу объединяются электроприемники с одинаковыми значениями коэффициента использования (Ки) и cosφ.

Установленная мощность i-й группы электроприемников определяется как:

Определяем среднюю активную и реактивную нагрузки группы электроприемников:

,

где - установленная мощность электроприемников i-й характерной группы;

- установленная мощность каждого электроприемника в i-й группе;

- коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности , характерному для i-й группы электроприемников данного режима работы.

Для станков с мелкосерийным производством находим:

Результаты расчетов сведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2 - Расчет нагрузок цеха №40:

№	Название	Кол-во, N	Руст, кВт	Ки	cosφ/tgφ	Рср, кВт	Qср, квар
	Токарные центры			0,47	0,45/1,98	198,81	393,64
	Станки фрезерные			0,52	0,55/1,82	168,48	306,63
	Станки сверлильные, шлифовальные			0,37	0,42/1,68	110,26	185,24
	Прессы		198,5	0,56	0,5/1,73	111,16	192,31
	Машины листообработочные		250,5	0,78	0,8/0,75	195,39	146,54
	Ножницы			0,43	0,45/1,88	97,61	183,51
	Краны		547,5	0,23	0,5/1,76	125,93	221,63
	Радиаторы отопления			0,6	0,8/0,75	163,8	122,85
	Тепловые завесы			0,7	0,8/0,75	75,6	56,7
	Вентилятор "ВЦ4-75-12"			0,85	0,83/0,68		104,04
	Приточная камера 2ПК-31,5			0,85	0,83/0,68	62,9	42,772
	Всего:		2903,5			1351,78	1955,862

9.3 Расчетные нагрузки силовых электроприемников до 1кВ

Расчетная активная и реактивная нагрузки определяются по выражениям:

где -расчетный коэффициент активной мощности, определяется в зависимости от и определяемых по формулам

- расчетный коэффициент реактивной мощности, принимается в зависимости от если: то , если то

,

Эффективное число электроприемников определяется как:

Принимаем

Из [26] табл.1 Кра=0,95, Крр=1;

Расчетная активная и реактивная нагрузки:

Полная расчетная нагрузки определяются по:

Разновидностью данного метода является метод коэффициента спроса для определения расчетных электрических нагрузок освещения:

, кВт;

, квар, где

и -расчетная активная и реактивная электрические нагрузки;

-коэффициент спроса на освещение;

-удельная табличная мощность освещения. Зависит от типа источника света и высоты их подвеса;

-требуемая фактическая освещенность на рабочей поверхности. Зависит от характера зрительной работы;

-нормируемая освещенность, при которой указывается значение, лк ( =100 лк);

-площадь освещаемой поверхности, м²;

-коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре газоразрядных ламп;

При условии, что силовая и осветительная нагрузка питаются совместно от одних трансформаторов, расчетная нагрузка цеха определяется:

, кВт;

, квар;

, кВА;

9.4 Расчетные нагрузки осветительных электроприемников до 1кВ

Таблица 9.3 - Сведения об осветительном оборудовании.

Место установки	Компактные люминесцентные лампы	Люминесцентные лампы	ДРЛ	Установленная мощность, кВт
Мощность светильника, Вт	Количество, шт	Установленная мощность, кВт	Мощность светильника, Вт	Количество, шт	Установленная мощность, кВт	Мощность светильника, Вт	Количество, шт	Установленная мощность, кВт
Цех № 40			1,44							263,94
		4,5

Работа персонала цеха относится к 3 в разряду зрительной работы. При этом требуемая фактическая освещенность в помещении =100 лк [29]. В помещении применяются люминесцентные лампы и лампы ДРЛ мощностью 30, 80, 1000 Вт, размещенных на высоте 12,5 м, =3,5 Вт/м², =0,9, =1. Размеры помещения 120х210 м.

Расчетная нагрузка на освещение:

, кВт;

, кВт;

Так как в цехе применяются лампы накаливания, то =0, тогда общая нагрузка на компрессорную будет равна:

, квар;

, кВА;

9.5 Расчетные нагрузки силовых электроприемников свыше 1кВ

Силовыми электроприемниками напряжением 6 кВ являются 6 синхронных двигателя СДК-760-167, номинальная мощность = 800 кВт, соsφ=0,9 (опережающий),коэффициент полезного действия =91,5%.

Расчетная высоковольтная нагрузка определяется по коэффициенту загрузки электродвигателей, =0,65:

, кВт;

, кВт;

Электродвигатели СДК работают с опережающим соsφ, т.е. являются источниками реактивной мощности, тогда:

, квар;

, квар;

, кВА;

9.6 Определение типа, числа и мощности трансформаторов цеховых ТП с учетом компенсирующих устройств на напряжении до 1000 В.

В данном случае цеховые ТП выполняются встроенной, с применением масляных трансформаторов типа ТМГ на основании [31].

Для электроснабжения ТП применяется магистральная схема питания, присоединение через выключатель нагрузки, предохранитель, шинные накладки. Выбор числа и мощности цеховых ТП производится с соответствующим технико-экономическом обосновании, с учетом категорийности электроприемников цеха по требуемой степени бесперебойности питания согласно [31], компенсации реактивных нагрузок напряжением до 1000 В, перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах. Электроприемники цеха относятся ко II-III категориям по бесперебойности питания, имеются также и ответственные электроприемники II категории, поэтому целесообразно применить 3 трансформаторные подстанции для обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей в случае выхода из строя одного из трансформаторов.

Для обеспечения удобства эксплуатации и уменьшения складского резерва трансформаторов предусматривается использование однотипных номинальных мощностей. Для приближенных расчетов определение цеха с равномерно распределенной нагрузкой производится по удельной плотности нагрузки σ, кВА/м², которая определяется по формуле:

, кВА/м², где

-расчетная нагрузка цеха;

-площадь цеха;

При кВА/м², целесообразно применять трансформаторы кВА;

при кВА/м², кВА;

при кВА/м², кВА;

При расчетной удельной плотности нагрузки σ предлагается принять трансформаторы с кВА;

Коэффициенты загрузки трансформаторов в зависимости от категории должны находиться в диапазонах [30]:

-I категория =0,65…0,7;

-II категория =0,7…0,8;

-III категория =0,8…0,95, Следовательно, коэффициент загрузки выбирается =0,75. С учетом перечисленных требований трансформаторы выбираются исходя из условия полной компенсации реактивной нагрузки ТП.

Номинальная мощность трансформатора, при небольшом числе ТП (не более 3-х), определяется по формуле:

, кВА, где

-число трансформаторов установленных в данном цехе;

Исходя из этого в цехе устанавливается двухтрансформаторная подстанция с трансформаторами типа ТМ номинальной мощностью 630 кВА [31]. Технические характеристики данного трансформатора приведены в таблице. Для установленной системы отопления цеха выделен один трансформатор марки ТМ-630/10. Всего в цехе установлено 3 трансформатора марки ТМ-630/10.

Поставщиком электрической энергии является ОАО "Ивэнергосбыт" согласно договору электроснабжения № 93 от 01.07.2011г. На балансе ОАО "Строммашина" (в цехе № 40) находится 3 трансформаторных подстанций.

Таблица 9.4 - Технические характеристики трансформаторов:

№ п/п	Тип трансформатора	Место установки	Номинальное напряжение обмоток, кВ	,кВт	,кВт	,%	,%
ВН	НН
	ТМ-630/6	КТП-9		0,4	3,12	12,1	5,84	1,53
	ТМ-630/6	КТП-10		0,4	3,18	12,8	5,81	1,53
	ТМ-630/6	КТП-11		0,4	3,25	12,3	5,78	1,51

Значение мощности компенсирующих устройств в электрических сетях до 1000 В определяется по известному значению суммарной максимальной расчетной нагрузки цеха и той максимальной мощности , которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1000 В без увеличения их количества и номинальной мощности:

, кВт;

, квар;

Если окажется, что , то установка БСК не требуется и =0.

, квар;

Значит нужна установка компенсирующих устройств.

Определяем мощность компенсирующего устройства как:

;

Следовательно, устанавливаем 5 компенсирующих устройства типа УКМ 58-0,4-256-67 УЗ.

.

9.7 Определение сечений кабелей силовых электроприемников U>1 кВ

Для напряжения 6-10 кВ выбор сечения проводников определяется экономическими соображениями. В сетях напряжением выше 1000 В сечение выбирается по экономической плотности тока j_эк , А/мм² [21], зависящей от материала проводника, типа изоляции, времени использования максимума нагрузки. Далее находится расчетный ток для кабельной линии, определяемый по выражению:

320,72, А;

По расчетному току находится экономическое сечение:

, м²;

-расчетный ток, протекающий через проводник в нормальном режиме;

-экономическая плотность тока, по [32] принята 1,4;

По найденному значению находится стандартное значение сечения кабеля [21] из условия ;

Затем сечение кабельной линии проверяется по нагреву в послеаварийном режиме:

, где

– допустимый табличный ток в длительном режиме работы;

-коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды [21], для температуры прокладки внутри помещения 20^о k₁=1,06 (допустимая температура жилы кабеля +65^оС) [21];

-коэффициент, учитывающий способ прокладки, при прокладке кабеля в воздухе k₂ =1[29];

-коэффициент, учитывающий допустимую перегрузку кабеля.

По (10.2) , мм².

Выбираем кабель типа ААШВ-3×240 с параметрами: F_ст=240 мм²,

I_{доп табл} = 359 А.

Проверка кабеля по нагреву: А.

А.

Условие , выполняется, следовательно, кабель проходит по нагреву.

Некоторые электроприёмники запитаны на напряжении 6 кВ. Их расчёты проводим аналогично и полученные данные сводим в таблицу 10.1

Таблица 10.1 - Выбор сечений проводов и кабелей в схеме электро-снабжения напряжением выше 1кВ.

№ п/п	Наименование токоприёмника	Iр, А	Iдоп, A	Fэк, мм	Сечение, мм2 и количество жил, шт
	ТМ-630/6	320,72		229,08	ААШВ-3×240
	ТМ-630/6	320,72		229,08	ААШВ-3×240
	ТМ-630/6	320,72		229,08	ААШВ-3×240
	Станок продольно-фрезерный	21,3		15,2	ААШВ - 3×16
	Станок продольно-фрезерный	66,6		47,6	ААШВ - 3×50
	Станок горизонтально-расточной	10,0		7,1	ААШВ - 3×10
	Станок кромко-строгальный	21,3		15,2	ААШВ - 3×16
	Пресс вулканизационный Машина листоплавильная	26,6		19,0	ААШВ - 3×25
	Компл. ножн. лист. Вальцы Дробеструйная камера	42,6		30,4	ААШВ - 3×35
	Токарный центр	36,6		21,5	ААШВ - 3×25

9.7 Определение сечений проводов электроприемников U<1 кВ и защитной аппаратуры

Сечения проводников электрических сетей напряжением до 1000 В выбираются по расчетному току таким образом, чтобы проводники при токах нагрузки, соответствующих работе в длительном режиме и в условиях нормированной для них температуры окружающей среды, не перегревались бы сверх допустимых пределов. Для выбранного сечения проводника должно выполняться условие:

, А, где

– расчетный ток нагрузки. Для одного электроприемника; ;

– длительно допустимый ток, соответствующий данному сечению [21];

– поправочный коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды [21], для температуры прокладки внутри помещения 20^о =1,06 (допустимая температура жилы кабеля +80^оС) [21];

– поправочный коэффициент на число совместно проложенных проводов, при прокладке одиночного провода в воздухе =1[21].

Выбор сечения провода произведен на примере электродвигателя АИМР112М2, предназначенного для привода токарного станка. Из паспортных данных известно: =7,5 кВт , =15 А, =0,38 кВ, =0,9 , 0,88. По данным условиям выбирается провод с резиновой изоляцией с алюминиевыми жилами сечением АПВ-1(4х3), =19 А [32].

Проверка на нагрев:

– условие выполняется.

Защита сетей напряжением до 1000В осуществляется в целях ограничения размеров повреждения электроустановок при возникновении ненормальных режимов работы. Наиболее распространенными видами ненормальных режимов работы являются короткие замыкания между фазами, перегрузки, создаваемые потребителями.

В качестве основных аппаратов для защиты сети компрессорной напряжением до 1000В применяются предохранители с плавкими вставками. Номинальный ток предохранителя не должен быть меньше максимального рабочего тока цепи, напряжение предохранителя также должно быть рассчитано на номинальное напряжение сети, т.е. предохранители выбираются из условий:

;

, -номинальный ток и напряжение предохранителя соответственно [32];

-номинальное напряжение сети, равно 380В;

-расчетный ток нагрузки. Для одного электроприемника ;

Номинальные токи плавких вставок предохранителей должны быть минимально возможными и выбираться по расчетным токам нагрузки таким образом, чтобы питание электроприемников не отключалось при кратковременных перегрузках. Во избежание чрезмерного перегрева плавкой вставки, окисления их поверхности, быстрого старения следует учитывать пиковые токи двигателей, т.е. для электродвигателей должны выполняться условия [32]:

, где

– номинальный ток плавкой вставки [32];

– значение пускового тока для электродвигателя:

, А;

здесь – кратность пускового тока, равная отношению пускового тока к номинальному. Указывается в паспортных данных на электродвигатель.

– коэффициент, учитывающий тяжесть пуска ( =2,5…3,0 – легкий пуск, =1,6…2,5 – тяжелый пуск).

После выбора предохранителя и плавкой вставки проверяется условие защищаемости сети выбранной плавкой вставкой:

, где

– длительно допустимый ток, соответствующий данному сечению провода;

Выбор предохранителя и плавкой вставки для защиты питающей линии произведен на примере электродвигателя АИМР112М2, паспортные данные приведены выше.

Принимается предохранитель ПР-2-60, =60А;

Для данного двигателя необходимо найти значение пускового тока:

, А;

Тогда условия выбора плавкой вставки:

;

Принимается плавкая вставка с =45А.

Проверим условие защищаемости сети выбранной плавкой вставкой:

– условие выполняется.

Значит, выбранный предохранитель обеспечит защиту питающей линии к электродвигателю.

Результаты произведенных расчетов сведены в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 – Сечения проводов питающей линии электродвигателей 0,38 кВ и защитная аппаратура

Тип двигателя	Номинальная мощность Рн, кВт	Номинальный ток Iн, А	Коэффициент Мощности cosφ	Коэффициент полезного действия η	Кратность пускового тока kп	Условия пуска α	Марка провода	длительно допустимый ток Iдоп.табл., А	Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки Iнпв,А
АИМ 63А2	0,37	0,9	0,84	0,73		2,0	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
АИМ 71В2	1,1	2,4	0,87	0,8	5,3	2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
АИМ 80В2	2х2,2	4,4	0,91	0,83		2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Машина червячная		8,3	0,87	0,86	6,7	2,5	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Компл. ножн. лист.	7,5		0,9	0,88		2,6	АПВ-1(4х2,5)		ПР-2-60
Ножницы листовые			0,87	0,89		3,0	АПВ-1(4х5)		ПР-2-60
Ножницы листовые	0,37	0,9	0,84	0,73		2,0	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
Ножницы листовые	1,1	2,4	0,87	0,8	5,3	2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
Ножницы листовые	2х2,2	4,4	0,91	0,83		2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Ножницы комбинированные		8,3	0,87	0,86	6,7	2,5	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Ножницы высечные	7,5		0,9	0,88		2,6	АПВ-1(4х2,5)		ПР-2-60
Рольганг приводной к ножницам			0,87	0,89		3,0	АПВ-1(4х5)		ПР-2-60
Станок ленточнопильный		8,3	0,87	0,86	6,7	2,5	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Станок ленточнопильный	7,5		0,9	0,88		2,6	АПВ-1(4х2,5)		ПР-2-60
Станок ленточнопильный			0,87	0,89		3,0	АПВ-1(4х5)		ПР-2-60
Пила маятниковая	0,37	0,9	0,84	0,73		2,0	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
Вальцы	1,1	2,4	0,87	0,8	5,3	2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
Дробеструйная камера	2х2,2	4,4	0,91	0,83		2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Стелаж механизированный		8,3	0,87	0,86	6,7	2,5	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Тележка передаточная	7,5		0,9	0,88		2,6	АПВ-1(4х2,5)		ПР-2-60
Кран мостовой			0,87	0,89		3,0	АПВ-1(4х5)		ПР-2-60
Кран мостовой		8,3	0,87	0,86	6,7	2,5	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Кран мостовой	7,5		0,9	0,88		2,6	АПВ-1(4х2,5)		ПР-2-60
Кран козловой			0,87	0,89		3,0	АПВ-1(4х5)		ПР-2-60
Кран п/козловой	0,37	0,9	0,84	0,73		2,0	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
Кран-балка	1,1	2,4	0,87	0,8	5,3	2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-15
Кран-штабелер	2х2,2	4,4	0,91	0,83		2,1	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Таль		8,3	0,87	0,86	6,7	2,5	АПВ-1(4х2)		ПР-2-60
Таль	7,5		0,9	0,88		2,6	АПВ-1(4х2,5)		ПР-2-60

Схема электроснабжения цеха №40.

В данном разделе рассмотрена система электроснабжения компрессорной станции. Определена полная нагрузка высоковольтных и низковольтных электроприемников, а также нагрузка на освещение. Предложены осветительные приборы типа с люминесцентными лампами и лампами ДРЛ мощностью 30, 80, 1000 Вт. На цеховой ТП установлены понижающие трансформаторы типа ТМ-630/10. Выбраны сечения проводов и кабелей для электроприемников напряжением до и выше 1000В, а также защитная аппаратура для питающих линий электродвигателей 0,38кВ.