Расчет потребляемой мощности осветительными установками

В основу метода положен коэффициент использования освещения К_ио, показывающий, какая часть общего светового потока всех источников света данного помещения попадает на рабочую поверхность.

Потребляемая мощность рассчитывается по формуле:
Р_п.о =ΣР_уо ∙ К_ио, кВТ,

где К_ис - коэффициент использования освещения (для внутреннего освещения К_ис=0,6; для внешнего К_ис=0,7)

Р_уо.=Р_уов+Р_уон - установленная активная мощность ламп освещения, кВт

где Р_уов - внутреннего освещения, кВт

Р_уон - наружного освещения, кВт

Р_п.о.=42,51 ∙ 0,6 + 11,91 ∙ 0,7 = 33,84 кВт

При использовании люминесцентных ламп cosφ₀=0,95 и tgφ₀=0,33

Отсюда реактивная мощность потребляемая люминесцентной лампой равна:

Q_п.o.=Р_п.о ∙ tgφ₀=33,84 ∙ 0,33 = 11,16 квар

Компенсация реактивной мощности и выбор конденсаторных установок

Первостепенное значение сегодня приобретает комплекс мероприятий, направленных на обеспечение всемерной экономии топлива и электроэнергии, уменьшения их потерь.

Значительные потери электроэнергии имеют место при передаче по электрическим сетям больших потоков реактивной мощности, величина которой в режиме максимальных нагрузок достигает огромных значений. Генерирование и передача реактивных мощностей к потребителю ухудшает технико-экономические показатели энергетических систем, приводят к росту мощностей трансформаторных подстанций, росту сечения кабелей и проводов, что в свою очередь требует дополнительного расхода материалов, обслуживания и денежных средств.

Кроме того, в связи с передачей реактивной мощности возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях районного значения. Поэтому, одним из основных вопросов, решаемых на стадии проектирования промышленного электроснабжения, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающей расчет и выбор компенсирующих устройств, их регулирование и размещение на территории предприятия.

В дипломном проекте хлебозавода предусматривается компенсация реактивной мощности, которая является одним из основных пунктов организационно-технических мероприятий по экономии электроэнергии.

Расчет компенсирующего устройства производят исходя из условия получения cosφ=0,95, поэтому при расчете принимают tgφ=0,329.

Σ Р_пр = 678,6 кВт - по данным таблицы l. Для хлебозавода коэффициент использования К_и = 0,6; коэффициент мощности соsφ = 0,8, tgφ = 0,75.

Суммарная средняя активная мощность предприятия за наиболее загруженную смену:

Σ Р_см = Σ Р_см.с. + Σ Р_см.о. , кВт

где Σ Р_см.с. – суммарная средняя активная мощность силовой сети предприятия, кВт;

Σ Р_см.о. – суммарная средняя активная мощность осветительной нагрузки предприятия, кВт.

Σ Р_см.с. = Σ Р_пр · К_и = 678,6 · 0,6 = 407,16 кВт

Σ Р_см.о. = 37,04 кВт

Σ Р_см = 407,16 + 37,04 = 444,2 кВт

Суммарная средняя реактивная мощность предприятия за наиболее загруженную смену:

Σ Q_см = Σ Q_см.с. + Σ Q_см.о. , квар

где Σ Q_см.с. – суммарная средняя реактивная мощность силовой сети предприятия, квар;

Σ Q_см.о. – суммарная средняя реактивная мощность осветительной нагрузки предприятия, квар.

Σ Q_см.с. = Σ Р_см.с. · tg_φ = 407,16 · 0,75 = 305,37 квар

Σ Q_см.о. = 12,22 квар

Σ Q_см = 305,37 + 12,22 = 317,59 квар

При расчете принимают tg_φcp=0,329= tg_φэ.

tg_φcp = tg_φэ = Q_э / Σ Р_см ; Q_э = 181,18 квар

Суммарная мощность компенсирующих устройств, которые должны быть ycтaновлены на предприятии, определяется по формуле:

Q_к.у.= ΣQ_см - Q_э, квар,

где Q_см - реактивная нагрузка предприятия в период наибольших активных нагрузок энергосистемы, квар;

Q_э - величина, которая задается энергосистемой с приближенным учетом потерь электроэнергии в трансформаторах и двигателях, а также в сетях предприятия, квар.

Q_к.у. = 317,59 – 181,18 = 136,41 квар

Полная мощность, потребляемая предприятием:

, кВА

кВА

- тангенс после включения компенсирующего устройства;

- естественный тангенс (до компенсации).

;

Полная расчетная мощность, потребляемая предприятием при использовании компенсирующего устройства:

S'_см = S_р = кВА

S'_см = S_р = кВА

По данной мощности компенсирующих устройств определяем расчетное число банок статических конденсаторов:

n'=Q_к.у. / Q_банки, банок

n'=170,74 / 13=13,2

Q_банки = 13 квар - тип конденсатора КМ1-0.38-13-3УЗ

Фактическая установленная мощность конденсаторных батарей:

Q_к.б.=Q_банки · n ,

где n - действительное число банок, принимают ближайшее большее к n', если n' не целое число.

Q_к.б.= 13 · 14 = 182 квар

1.6. Подсчет нагрузок на подстанции и выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Подсчет нагрузок на трансформаторной подстанции

Значение активной мощности за наиболее загруженную смену определяется по формуле: Рсм=ΣРпр·Ки

- для технологического оборудования - для вспомогательного - для санитарно-технического - для внутреннего освещения - для наружного освещения

Рсм=369,87 · 0,6=221,9 кВт Рсм=201,16 · 0,5=100,58 кВт Рсм=107,57 · 0,69=74,2 кВт Рсм=42,51 · 0,6=25,5 кВт Рсм=11,91 · 0,7=8,3 кВт

Средняя реактивная мощность определяется по формуле:

Qсм = Рсм · tgφ, квар,

где tgφ находим по данным cosφ tgφ = √(1- cos²φ) / соs²φ

- для технологического оборудования - для вспомогательного - для санитарно-технического - для внутреннего освещения - для наружного освещения

tgφ = √(1- 0,782) / 0,782 = 0,82 tgφ = √(1- 0,762) / 0,762 = 0,85 tgφ = √(1- 0,822) / 0,822 = 0,69 tgφ = √(1- 0,852) / 0,852 = 0,62 tgφ = √(1- 0,982) / 0,982 = 0,2

Средняя реактивная мощность:

- для технологического оборудования - для вспомогательного - для санитарно-технического - для внутреннего освещения - для наружного освещения

Qсм=221,9 · 0,82 = 181,9 квар Qсм=100,58 · 0,85 = 85,4 квар Qсм=74,2 · 0,69 = 51,5 квар Qсм=25,2 · 0,61 = 15,4 квар Qсм=8,3 · 0,2 = 1,66 квар

Число часов использования максимальной нагрузки является удобным показателем, при помощи которого определяется максимальная нагрузка предприятия. Число часов использования максимальной нагрузки - это расчетное число, которое показывает сколько часов работало бы предприятие с постоянной нагрузкой, равной годовой максимальной, и израсходовало бы всю годовую потребность в энергии.

Ти = Т · γ , ч,

где Т - фактическое число часов работы объекта в год, ч

γ - коэффициент использования максимальной нагрузки.

Т = (365 – n) · t · N

n – число нерабочих дней в году;

t – продолжительность смены, ч;

N – число смен.

Т = (365 – 45) · 7,67 · 3 = 7363,2 ч

- для технологического оборудования - для вспомогательного оборудования - для санитарно-технического - для внутреннего освещения - для наружного освещения

Ти = 7363,2 · 0,65 = 4786,08 ч Ти = 7363,2 · 0,58 = 4270,6 ч Ти = 7363,2 · 0,67 = 4933,3 ч Ти = 4150 · 0,6 = 2490 ч Ти = 3500 · 0,7 = 2450 ч

Годовой расход активной энергии определяется по формуле:

Wa = Рсм · Ти · 10^-3 , т·кВт·ч

- для технологического оборудования - для вспомогательного - для санитарно-технического - для внутреннего освещения - для наружного освещения

Wa = 4786,08 · 221,9 · 10-3 = 1062 т·кВт·ч Wa = 4270,6 · 100,58 · 10-3 = 429,5 т·кВт·ч Wa = 4933,3 · 74,2 · 10-3 = 366 т·кВт·ч Wa = 2490 · 22,5 · 10-3 = 56 т·кВт·ч Wa = 2450 · 8,3 · 10-3 = 20,3 т·кВт·ч

Расход реактивной энергии:

Wр = Qсм · Ти · 10^-3 , т·кВт·ч

- для технологического оборудования - для вспомогательного - для санитарно-технического - для внутреннею освещения - для наружного освещения

Wр = 4786 · 181,9 · 10-3= 870,5 т·кВт·ч   Wр = 4270,6 · 85,4 · 10-3 = 364,7 т·кВт·ч Wр = 4933,3 · 51,5 · 10-3 = 252 т·кВт·ч Wр = 2490 · 15,4 · 10-3 = 38,4 т·кВт·ч Wр = 2450 · 1,66 · 10-3 = 4,1 т·кВт·ч

Определим суммарное значение параметров:

tgφ = Σ Qсм / Σ Рсм = 335,46 / 430,48 = 0,78, cosφ = 0,8

Ти = Σ Wa / Σ Рсм = 1933,8 / 430,48 = 4492 ч

Потери в трансформаторе:

- активные потери — 2,5% от Σ Рсм (10,8)

- реактивные потери — 10 % от Σ Qсм (33,5)

Итого с учетом потерь:

tgφ = Σ Qсм / Σ Рсм = 368,96/ 441,28 = 0,84, cosφ = 0,77

Ти = 4492 ч

Итоговый подсчет нагрузок потребителей на подстанции с учетом компенсации реактивной мощности:

Задаем tgφэ = 0,33

Qк.у. — суммарная мощность компенсирующих устройств, квар

Qк.у.= ΣQсм - Qэ, квар

tgφэ = Σ Qэ / Σ Рсм

Σ Qэ = 441,28 · 0,33 = 145,6 квар

Qк.у.= 368,96 – 145,6 = 223,36 квар

Реактивная мощность с учетом компенсации составляет — 174,6 квар

Wа=Qсм·Ти=145,6 · 4492 = 654,04 т ·квар · ч

соsφэ = 0,9

Данные расчета нагрузок на трансформаторной подстанции сводим в таблицу 58.

Таблица 58. Подсчет нагрузок на стороне 660 В трансформаторной подстанции.

№	Наименование оборудования	ΣPn, кВт	Кn	соs φ	tgφ	Средняя потребная мощность	Число часов использования максимальной нагрузки Tи,ч	Годовой расход эл.энергии
Активная Рсм, кВт	Реактивная Qсм, квар	Активная Wa,тыс.кВт/ч	Реактив-ая Wp, квар.ч
	Технологическое оборудование	369,87	0,6	0,78	0,82	221,9	181,9	4786,08		870,5
	Санитарно-технологическое оборудование	107,57	0,69	0,82	0,69	74,2	51,1	4933,3
	Вспомогательное оборудование	201,16	0,5	0,76	0,85	100,58	85,4	4270,6	429,5	364,7
	Освещение: а)внутреннее б)наружное	42,51 11,91	0,6 0,7	0,85 0,98	0,62 0,2	22,5 8,3	15,4 1,66		20,3	38,4 4,1
	Итого	733,02	0,68	0,8	0,77	427,48	335,46		1933,8	1529,7
	Потери в трансформаторе:
	а) активные (2,5% от ΣРсм)					10,8
	б) реактивные (10% от ΣQсм)						33,5
Итого с учетом потерь в трансформаторе:	733,02	0,68	0,77	0,84	437,48	368,96		1944,6	1563,2
Итого с учетом компенсации:	733,02	0,68	0,9	0,33	437,48	368,69		1944,6	1563,2

Подсчет числа и мощности силовых трансформаторов на подстанции

По данным подсчета нагрузок определится полная расчетная мощность, потребляемая предприятием.

Sp = а · , кВА,

где а - коэффициент несовпадения максимума нагрузки отдельных цехов предприятия.

Sp = 1 · = 451,59 кВА

На основании расчета потребной мощности выбираем комплектную трансформаторную подстанцию типа КТПх2х250. В случае, если один из трансформаторов выйдет из строя в результате аварии, то оставшийся примет всю нагрузку подстанции, при этом перегрузка составит 1,2%, что допускается правилами ПУЭ (не более 1,4).

Технико-экономический расчет

В объем технико–экономического расчета – обоснования входит разработка электроснабжения, электросилового оборудования и освещения. Стоимость строительства определялась на основании действующих укрупненных показателей стоимости (УПС) и пересчета стоимости на удельные показатели, которые включены в экономическую часть проекта.

Стоимость электроэнергии определяем по одноставочному тарифу ввиду того, что присоединенная мощность трансформаторов меньше 750 кВА.

Годовая оплата за электроэнергию:

D= W_а ∙ Ц_э∙10² ± К ∙ Ц_э∙ W_а∙10², руб, где

Wа – годовой расход активной энергии, тыс. кВт/ч,

Ц_э – дневная ставка 1 кВт/ч, = 3,7 руб.

К – коэффициент скидки или надбавки к тарифу за электроэнергию, который определяется по формуле, к данному проекту скидка равна 5%.

Тогда годовая оплата за электроэнергию равна:

D= 1944,6 ∙ 370 - 0,05 ∙ 1944,6 ∙ 370=683526 руб.

Фактическая стоимость за 1 кВт:

D_ф=6835,26/1944,6=3,5 руб.

Удельный расход электроэнергии на 1 тонну продукции:

W_уд=W_а/G, кВт, где

G – производительность в год, тонн/год.

W_уд=1944,6 ∙ 1000/16561,5=117,4 кВт/час.

Удельные затраты на электроэнергию:

D_уд= W_уд∙ D_ф=117,4∙3,5=410,9 руб.

Теплоснабжение

Под теплоснабжением подразумевается снабжение предприятия паром и горячей водой.

Для обеспечения завода теплом проектируем котельную с установкой паровых котлов.

Расход теплоэнергии складывается из расходов на отопление и вентиляцию, на производственные и хозяйственно-бытовые нужды.

Теплоносителем для систем отопления и вентиляции является высокотемпературная воды с параметрами 130-150°С (поступающая) и отходящая (обратная) 70° С.

Пароснабжение

Теплоносителем для производственного пароснабжения и системы горячего водоснабжения на производственные и хозяйственно-бытовые нужды служит насыщенный пар давлением 0,17-0,5 МПа.

На технологические нужды пар расходуется:

• в расстойные шкафы — 45кг на 1т хлеба;

• на увлажнение пекарной камеры: 250кг/т;

• на поддержание температуры в емкостях для жидкого сырья (сахар, маргарин);

• на мойку и сушку лотков — 125кг/ч на машину.

Средняя потребность в паре на технологические нужды и горячее водоснабжение составит 3000 кг/ч.

Проектирование котельной осуществляется в соответствии с требованиями СНиП «Котельные установки» и «Тепловые сети». Котельная предназначена для снабжения производства паром, а при отсутствии возможности теплоснабжения от ТЭЦ в котельной проектируются водоподогревательные установки для приготовления воды с высокой температурой, идущей на нужды отопления и вентиляции.

В котельной размещаются котлы, вспомогательное оборудование и транспортные устройства для подачи топлива и удаления очаговых остатков. Котельная работает на газообразном топливе — природном газе.

Количество и тип котлов зависит от потребного расхода пара на производственные нужды и на сезонные нужды (отопление, вентиляция).

В данном проекте завода принимаем 2 паровых котла с давлением 0,8МПа — Е-1/9-1Г паропроизводительностью l т/ч. В котельной также размещены: деаэрационно-питательная установка, водоподготовительная установка, баки для сбора конденсата и насосы для перекачки конденсата.

Для водоснабжения котельной принята питьевая вода давлением в сети на вводе в котельную не менее 0,3 МПа.

Холодоснабжение

На хлебозаводе предусматриваются холодильные установки для охлаждения и хранения скоропортящегося сырья в холодильных камерах; охлаждения воды, идущей для замеса опары и теста в летнее время или в связи с интенсивным замесом теста; охлаждения дрожжевой суспензии; охлаждение воздуха для кондиционирования в цехах; охлаждение хлеба.

Для холодильных камер принимаются централизованные холодильные установки непосредственного охлаждения. Для технологических агрегатов с охлаждающими устройствами рубашечного типа должны быть использованы централизованные холодильные установки, промежуточным хладоносителем которых является вода.

Средний расход холода составляет 70,0 тыс.ккал/ч.

Газоснабжение

Проектом предусмотрено использование газообразного топлива – природный газ, поступающий от городской сети давлением 0,3 МПа.

На хлебозаводе устанавливается газорегуляторная установка (ГРУ), так как при изменении давления газа в сети нарушается нормальная работа горелок. ГРУ также предназначена для распределения газа на производство (в печи) и в котельную.