Проектирование звена системы электроснабжения

При расчете приближений токоведущих частей к элементам опор ВЛ и сооружений необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

1. при рабочем напряжении: максимальный нормативный скоростной напор ветра qmax, температура -5°С;
2. при грозовых и внутренних перенапряжениях: температура +15°С, скоростной напор ветра q=0,1qmax (V»0,3Vmax), но не менее 6,25 даН/м2;
3. для обеспечения безопасного подъема на опору под напряжением: температура -15°С, ветер и гололед отсутствуют.

Предполагаем строительство завода в климатическом районе со следующими климатическими условиями:

• с  нормативным ветровым давлением 800 Па для высоты 10м над поверхностью земли;
• с нормативной толщиной стенки гололеда 25 мм для высоты 10м над поверхностью земли;
• со среднегодовой продолжительностью гроз менее 10 часов;
• с умеренной пляской проводов

               Значение qмах принимают таким же, как для определения ветровой нагрузки на провода.

              Предполагаем строительство машиностроительного завода в

г. Мурманске. Данный  населенный пункт расположен где ветровое p составит 500 Па, а толщина стенки гололеда – 25 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    5 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

 

1. РАСЧЕТ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ

 

Величина мощности, месторасположение и вид электроприёмников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий. [1]

При проектировании обычно определяют три вида нагрузки:

1. среднюю за максимально загруженную смену Рдр макс. и среднегодовую Рср.г. Величина Рср. макс. необходима для определения расчётной активной нагрузки Рр , а величина Рср.г.– для определения годовых потерь электроэнергии;
2. расчётную активную Рр и реактивную Qр. Эти величины необходимы для расчёта сетей по условиям допустимости нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения;

3. максимальную кратковременную (пусковой ток) Iп; эта величина необходима для проверки колебания напряжения, определения тока трогания, токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей.

Средние нагрузки. Для определения средней мощности за наиболее загруженную смену Рср. макс.электроприёмники (ЭП) рассматриваемого узла системы электроснабжения делят на m групп по характерным значениям коэффициентов использования Ки и cos φm. Тогда для каждой группы электроприёмников:

Pср.макс. m = Ки · Рном. m     (1)

Qср.макс. m = tg φm · Рср.макс. m    (2)

где Рном. m_ номинальная мощность рабочих ЭП группы m, приведённая для ЭП повторно-кратковременного режима к длительному режиму

      (3)

где Ру - установленная мощность; ПВ - паспортная продолжительность включения, о.е.

Тогда среднесменная мощность по узлу равна

    (4)

    (5)

где Qкy=Qдв+Qб - суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств (Qдв - реактивная мощность синхронных двигателей, Qб- мощность конденсаторных батарей).

Средняя активная нагрузка понизительных трансформаторов (20-6/0,4) кВ определяется аналогично, но с добавлением сторонних нагрузок

      (6)

где Ксо - коэффициент спроса; Руо - суммарная установленная мощность осветительной нагрузки.

 

Расчетные нагрузки промышленных предприятий. Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов:

1. удельного расхода электроэнергии;
2. технологического графика работы электроприёмников;
3. статистический;
4. упорядоченных диаграмм;
5. по установленной мощности и коэффициенту спроса;
6. метод удельной нагрузки на единицу производственной мощности.

Рассмотрим основные положения вышеперечисленных методов.

 

Метод удельного расхода электроэнергии.При использовании этого метода в качестве расчётной принимают фазную нагрузку наиболее загруженной смены работы Рср.макс.:

Pp=Рср.макс=Мсм·Эу·Тсм     (7)

где Мсм- объём выпуска продукции за смену; Эу - удельный расход электроэнергии на единицу продукции; Тсм - продолжительность наиболее загруженной смены.

 

Статистический метод.Принимая, что при расчётах нагрузок можно применять нормальный закон распределения, расчётную нагрузку определяют из уравнения

Рр=Рср+β·σт,      (8)

где Рср - среднее значение (математическое ожидание) нагрузки за рассматриваемый интервал времени; β - принятая кратность меры расстояния (коэффициента надёжности расчёта); σт - среднее квадратичное отклонение нагрузки, осреднённой в интервале Т=0,5 ч. Если принять, что ожидаемая нагрузка с вероятностью 0,005 может превысить значение Рр, то согласно интегральной кривой нормального распределения β = 2,5; если вероятность 0,025, то β = 2,0

 

Метод упорядоченных диаграмм. Этот метод является основным для определения расчётных нагрузок промышленных предприятий.

Рр=Км·Рср.макс=Км·Ки·Рном,    (9)

где Км - коэффициент максимума нагрузки; Ки - коэффициент использования данной группы nэлектроприёмников; Рном - номинальная мощность всех рассматриваемых электроприёмников n.

Значение Км в зависимости от коэффициента использования эффективного числа электроприёмников (nэф) можно найти по кривым Км=f(Ки, nэф) или по таблице.

 

        Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади применяют при проектировании универсальных сетей машиностроения, ткацкого производства и т.п., характеризующихся большим числом электроприёмников малой и средней мощности, равномерно распределённой по площади цеха. Универсальные сети выполняют магистральнымишино-проводами и прокладывают с учётом возможных перемещений технологического оборудования.

Расчётную нагрузку группы приёмников определяют по формуле

Рр=Руд·F      (10)

где Руд - удельная расчётная мощность на 1 м2 производственной площади, кВт/м2; F - площадь размещения приёмников группы, м2.

Удельную нагрузку определяют по статическим данным. Значение её зависит от рода производства, площади цеха, обслуживаемой магистральным шинопроводом и изменяется в пределах 0,06-0,6 кВт/м.

Рассматриваемый метод расчёта целесообразно применять для определения расчётной нагрузки на стадии проектного задания при технико-экономическом сравнении вариантов, а также для других ориентировочных расчётов, например, для расчёта нагрузок электроосвещения помещений.

 

Метод технологического графика. Для групп электроприёмников автоматизированного или строго ритмичного поточного производства расчётную нагрузку определяют по общему графику нагрузки, строящемуся на основе технологического графика работы отдельных электроприёмников и соответствующих им мощностей.

Для группы электроприёмников нагрузку определяют по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки Кф из следующих соотношений:

Рр=Кфа·Рсм      (11)

Qp=Кфр·Qсм      (12)

                    Qр=Рр·tgφ       (13)

      (14)

Следовательно, по данному методу расчётную нагрузку принимают равной среднеквадратичной, т.е.:

Рр=Рск; Qp=Qск.

Для определения расчетной нагрузки завода электрических измерительных приборов применим метод упорядоченных диаграмм. Для группы электроприемников нагрузку определим по средней мощности и коэффициенту максимума нагрузки Кмиз следующих соотношений:

Рр=Км·Рср.макс=Км·Ки·Рном=Км·Ки·Руст,    (15)

где Км - коэффициент максимума нагрузки; Ки - коэффициент использования данной группы n электроприёмников; Рном– номинальная или установленная активная мощность всех рассматриваемых n электроприёмников.

Метод коэффициента спроса. Для определения расчётных нагрузок по этому методу необходимо знать установленную мощность Рном группы электроприёмников и коэффициенты мощности cosφ и спроса Кса данной группы, определяемые по справочным материалам.

Расчётную нагрузку группы однородных по режиму работы электроприёмников определяют по формулам

Рр=Кса·Рном      (16)

Qр=Pp·tgφ      (17)

      (18)

где tgφ соответствует cosφ данной группы электроприёмников, Кса=0,6-0,75.

Расчётную нагрузку узла системы электроснабжения, содержащего группы приёмников электроэнергии с различными режимами работы, определяют с учётом разновременности максимумов нагрузки отдельных групп

    (19)

где и - суммы активных и реактивных нагрузок отдельных групп электроприёмников; Крм - коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приёмников.

Значение Крм можно приближённо принимать равным 0,85-1,0 в зависимости от количества групп электроприёмников.

Определение расчётной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является методом приближённого расчёта, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчётов и определения общезаводских нагрузок.

 

Для определения расчетной нагрузки машиностроительного завода применим метод коэффициента спроса. Для группы электроприемников нагрузку определяют по формулам:

Pр=Kса·Pном

Q=Pр·tg φ

, где  Kса- коэффициент спроса примем Kса =0,6; tg φ=0,75.

Для первого цеха Рном = 3020 кВт, тогда

Pр=Kса·Pном = 0,6*3020=1812 кВт

Q=Pр·tg φ=1812*0,75=1359 кВАр

= 2265 кВ*А

 

На основании приведенных расчетов аналогично проводим расчет нагрузки по цехам и заводу в целом. Результаты сводим в таблицу 2.

 

№ цеха	Установленная мощность Рн, кВт, 0,4/6 кВ	Категории потребителей	Метод расчета	Расчетная мощность 0,4 кВ Ррас(0,4), кВт	Расчетная мощность 6 кВ Ррас(6), кВт
1	3020	1	Метод  коэффициента спроса	1812
2	1580	1		948
3	730	2		438
4	760	2		456
5	500/1200	1		300	720
6	1360	1		816
7	2500	1		1500
8	20	2		12
9	310	2		186
10	240	2		144
11	90	2		54
12	70	2		42
Р∑пр, кВт	11180/11880	-		6708	720
Q∑пр, кВАр	8385/900	-		4396,59	540
S∑пр, кВ∙А	13975/1500	-		8385	900

Таблица 2 – Расчетные нагрузки по заводу электрических измерительных приборов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 РАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ

 

        Метод коэффициента использования светового потока.

         Метод коэффициента использования светового потока применяется для расчёта общего равномерного освещения помещений при отсутствии существенных затенений рабочеё поверхности.

         При установке в помещении площадью  S  (м2)  N светильников для создания наименьшей освещённости   E  (лм) с коэффициентом запаса   k   поток   F   (лм)  лампы в каждом светильнике определяется формулой

                                   ,                                                                (14)

где  h - коэффициент использования светового потока (в долях единицы); z – коэффициент минимальной освещённости , равный отношению средней освещенности помещения к минимальной.

         По найденному значению  F  выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой должен отличаться от расчётного, как правило, не более чем на  –10 или  +20%.

         При невозможности выбора  F  с такой точностью корректируется  N. Если по какой – либо причине  F  задан однозначно, из формулы (4-19) определяется  N.

         При расчёте освещения,  выполненного рядами люминесцентных светильников, под  N  в формуле следует понимать число рядов, под  F – суммарный поток одного ряда. По найденному значению  F  производится компоновка ряда, т.е. определяется светотехнически и конструктивно подходящее число и мощность светильников, при которых  F  близко к необходимому.

         Коэффициент   z   зависит от многих факторов, из которых основное значение имеет отношение  l  - расстояния между светильниками к их высоте над освещаемой поверхностью. С увеличением  l  сверх рекомендуемых значений  z  быстро возрастает. Чаще всего при светильниках, расположенных по углам квадратных или прямоугольных полей, принимается   z = 1,15, при освещении рядами люминесцентных светильников  z = 1,1.

        Коэффициент  h  является сложной функцией многих переменных. Практически он определяется по таблице  4-23  в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения потолка  rп, стен  rс и расчётной поверхности rр (обычно пола), а также индекса помещения  i, определяемого из формулы

 

              

                                     

   ,                                           (15)

где  h – расчётная высота, м ; А,В – стороны помещения, м.

         Коэффициенты использования для наиболее распространённых светильников (во всех случаях учтено  rр = 10%).