1 Введение

Высокие темпы развития энергетики требуют максимальной эффективности капиталовложений и материальных затрат в данной отрасли промышленности. Как известно, на долю промышленных предприятий приходится около двух третей потребления электроэнергии. В связи с этим особенно большое значение имеет задача определения электрических нагрузок промышленных предприятий: для отдельных групп электроприемников, цехов и всего предприятия в целом.

Электрическая сеть, запроектированная на основе преуменьшенных расчетных нагрузок, не сможет обеспечить пропускную способность элементов сети по условию нагрева, вследствие этого нарушается нормальное функционирование предприятия. Завышение же расчетной нагрузки приводит к излишним капиталовложениям в строительство сетей электроснабжения и нарушению электромагнитной совместимости. Поэтому точное определение расчетных нагрузок есть первый и основополагающий этап проектирования любой электрической сети в промышленности.

Расчетные электрические нагрузки промышленных предприятий следует принимать по проектам электроснабжения предприятий или по соответствующим аналогам.

Электрические нагрузки существующих предприятий допускается принимать по данным фактических замеров с учетом перспективного развития предприятия.

Нагрузка электроэнергетической системы - суммарная электрическая мощность, расходуемая всеми приемниками (потребителями) электроэнергии, присоединёнными к распределительным сетям системы, и мощность, идущая на покрытие потерь во всех звеньях электрической сети (трансформаторах, преобразователях, линиях электропередачи). Зависимость изменения электрической нагрузки во времени, т. е. мощности потребителя или силы тока в сети в функции времени, называется графиком нагрузки.

1.1 Исходные данные

Проектируемый механический завод состоит из 5 цехов, расположение которых приведено на рисунке 1.

Электроснабжение завода осуществляется от энергосистемы по воздушной линии, длина которой равна 23 км. Центром электрических нагрузок (ЦЭН) завода является главная понизительная подстанция (ГПП). Питание цехов от ГПП осуществляется кабелями, проложенными в земляных траншеях. Энергосистема имеет два напряжения 35 кВ и 110 кВ. Вторичное напряжение трансформаторов ГПП равно 10 кВ. Мощность короткого замыкания на шинах районной подстанции равна S_кз= 500 мBА.

Время работы завода с использованием максимальной нагрузки (Т_max ) составляет 3500 часов в год.

Питающая сеть цехов завода выполнена с изолированной нейтралью, а распределительная с глухо заземленной нейтралью.

Реактивный коэффициент мощности, установленной энергосистемой 0,33.

Установленная мощность освещения цеха № 1 составляет 33 кВт.

В таблице 1 приведены наименования и мощности электрооборудования установленного в цехе № 1. Все электроприемники этого цеха работают на переменном токе и рассчитаны на напряжение 380 В. В таблице 2 указаны значения установленной мощности оборудования цехов 2-5, а также соответствующие коэффициенты спроса и коэффициенты активной мощности.

Нагрузки цехов 3-5 содержат порядка 70% электроприемников 1 и 2 категории надежности электроснабжения.

В цехе №2 их количество составляет порядка 60%, а электрооборудование цеха №1 относится к 3 категории надежности.

Таблица 1 - Силовое оборудование цеха № 1

Наименование электроприёмника	Мощность на валу, РВ (кВт)	Количество единиц, n (шт.)	Паспортная мощность, РП (кВт) или Sп (кВА)	ПВ %	cos
Универсально-фрезерный	12,1	4
Вертикально-фрезерный	16	5
Радиально-сверлильный	14,3	3
Строгальный	13,3	3
Расточной	5,3	3
Установка разметочная	22	232
Точильно-шлифовальный	7,5	3
Пресс	42,7	1
Штамповочное оборудование	36	3
Компрессорное оборудование	33	3
Приточная вентиляция	15,8	1
Вытяжная вентиляция	2	4
Подъемное оборудование		1	14	60
Сварка		3	34	40	0,5
Освещение			31

Таблица 2 - Данные оборудования цехов № 2-5

Объект	Установленная мощность РУСТ (кВт)	Коэффициент спроса Кс	cos
Цех № 2	2700	0,24	0,78
Цех № 3	700	0,26	0,86
Цех № 4	890	0,26	0,8
Цех № 5	830	0,19	0,76

36,00

Цех№1

Цех№3

36,00

210 руб.

Цех№4

Цех№5

Рисунок 1 - План расположения цехов механического завода

2 Технические расчеты

2.1 Расчёт нагрузок цеха № 1

В исходных данных приведены номинальные мощности подведенные к валу двигателя. Расчет нагрузок выполняется методом упорядоченных диаграмм (методом коэффициента максимума),в котором используются номинальные мощности электрооборудования поэтому используя мощности приведенные в исходных данных, необходимо выбрать стандартные номинальные значения этих мощностей для каждого вида оборудования. Этот выбор осуществляется по следующим формулам

, (1)

, (2)

, (3)

где - стандартное номинальное значение мощности, кВт;

- значение мощности подведенной к валу двигателя, кВт;

- номинальная мощность, кВт

- паспортная активная мощность грузоподъемных механизмов, кВт;

- полная паспортная мощность сварочного оборудования, кВА;

ПВ_i - продолжительность включения, выраженная в долях единицы;

- активный коэффициент мощности сварочного оборудования.

Выбор стандартных номинальных мощностей и технических данных двигателей был произведен по таблице 2 из [5] результаты выбора сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Технические данные двигателей

Наименование оборудования	Тип двигателя	Рном кВт	cos	ηном %	Ihom A	n об/мин	n шт
Универсально - фрезерный	4А160S4УЗ	15	0,88	89	25.93	1500	4
Вертикально - фрезерный	4А160М4УЗ	18,5	0,88	90	32	1500	5
Точильно-шлифовальный	4А132S4УЗ	7,5	0,86	87,5	12,96	1500	3
Строгальный	4A160S4УЗ	15	0,88	89	14.99	1500	3
Расточной	4A112M4УЗ	5.5	0,86	85.5	9.73	1500	3
Радиально-сверлильный	4А160S4УЗ	15	0,88	89	14.99	1500	3
Установка разметочная	4А180S4УЗ	22	0,9	90	37.18	1500	3
Прессовое оборудование	4А200L4УЗ	45	0,9	92	76.06	1500	1
Штамповочное оборудование	4A200M4УЗ	37	0,9	91	62,54	1500	3
Компрессорное оборудование	4А200М4УЗ	37	0,9	91	62,54	1500	3
Приточная вентиляция	4А160M4УЗ	18,5	0,88	90	31,98	1500	1
Вытяжная вентиляция	4А90L4УЗ	2,2	0,83	80	4,03	1500	4
Подъемное оборудование	4А160S2УЗ	15	0,91	88	25,07	3000	1

Для каждого вида оборудования необходимо вычислить номинальный ток I_ном ,А по формуле

(4)

где I_номi - номинальное значение тока, А;

U_ном = 380В - номинальное напряжение питающей сети;

- коэффициент активной мощности электроприемника.

Результаты вычисления приведены в таблице 3.

Все электроприёмники цеха № 1 разделены на группы с одинаковым режимом работы (одинаковыми значениями коэффициента использования - и активного коэффициента мощности - ). Численное значение и выбираются по таблице 2.11 из [1].

У электроприемников в группах, имеющих различную мощность, номинальная мощность представлена в виде двух чисел минимума и максимума ее значений.

Расчет установленной мощности P_уст ,кВт для каждой группы электроприемников производится по следующей формуле

, (5)

где - соответствующая номинальная мощность электроприемника в этой группе, кВт;

- число электроприёмников в группе имеющих одинаковую мощность, шт.

Расчет установленной мощности цеха №1 осуществляется путем суммирования установленных мощностей всех групп электроприемников.

Активные и реактивные мощности групп электроприемников, за наиболее загруженную смену работы завода определяются по формулам

, (6)

где - активная мощность группы электроприемников за наиболее загруженную смену работы завода, кВт;

- установленная мощность, кВт;

- коэффициент использования.

, (7)

где - коэффициент реактивной мощности группы электроприемников;

- реактивная мощность группы электроприемников за наиболее загруженную смену, кВт.

Диапазон изменения мощностей цеха №1 рассчитывается, как отношение единичной мощности электроприемника с максимальной мощностью другого электроприемника с минимальной мощностью:

, (8)

где - диапазон изменения мощностей;

- максимальная мощность единичного электроприемника, кВт;

- минимальная мощность единичного электроприемника, кВт.

Результаты вычислений в таблице 4 указываются в виде:

m>3 ,m<3 m =3.

Совместно для всех групп электроприемников численное значение средневзвешенных коэффициента использования и реактивного коэффициента мощности определяется по формулам

, (9)

где K_uсв - средневзвешенный коэффициент использования.

, (10)

Значение средневзвешенного активного коэффициента мощности ( ) определяется по величине ( ) средневзвешенного.

Для сокращения объема расчета осуществлен переход от действительного числа электроприемников (n_д) к эффективному числу электроприемников (n_эф) в цехе 1. Этот переход может быть осуществлен тремя способами.

Если m<3, то при любых значениях средневзвешенного коэффициента использования ;

Если , а, то n_эф число электроприемников определяется по формуле

, (11)

где P_{i max}- единичная максимальная мощность электроприемника, кВт;

n_эф-число эффективных электроприемников, шт.

Если m>3, а K_uсв< 0,2, то расчет эффективного числа электроприемников производится по следующим формулам

, (12)

где n_эф* - относительное значение эффективного числа электроприемников, определяемое по относительному значению действительного числа электроприемников и их мощностей .

Если по расчетам >n_д, то в таблицу 4 заносится действительное число электроприемников.

Коэффициент максимума (M_max) определяется с учетом численных значений n_эф и K_uсв по таблице 2.13 из [1].

Активная P_max, кВт реактивная Q_max, кВар и полная мощности S_max, кВА тридцати минутного максимума нагрузки в наиболее загруженную смену работы завода определяется по следующим формулам

, . (13)

, (14)

где - коэффициент, принимающий значение:

, если ;

, если .

, (15)

Максимальный ток цеха №1 определяется по формуле

. (16)

Для удобства расчетов полученная информация и результаты вычислений сводятся в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчёт нагрузок цеха № 1

Наименование группы

Рном кВт

n шт

Руст кВт

m

Ки

cos

tg

Рcм кВт

Qсм кВар

nэф шт

Kmax

Pmax кВт

Qmax кВар

Smax кBA

Imax кA

Мех. обрабатывающие оборудование

5,5/22

24

347,5

0,13

0,5

1,73

45,3

78,4

Продолжение таблицы 4

Наименование группы	Рном кВт	n шт	Руст кВт	m	Ки	cos	tg	Рcм кВт	Qсм кВар	nэф шт	Kmax	Pmax кВт	Qmax кВар	Smax кBA	Imax кA
Прессо- штамповочное оборудование	37/45	4	147		0,17	0,65	1,17	28	32,8
Компрессорное оборудование	37	3	111		0,7	0,8	0,74	77,7	57,5
Вентиляция	2,2/18,5	5	27,3		0,6	0,8	0,74	16,38	12,1
Подъемное оборудование	11,62	1	11,62		0,1	0,5	1,73	1,2	2
Сварка	10,75	3	32,25		0,25	0,5	1,73	8	13,8
Всего	2,2/45	40	677,67	>3	0,26	0,66	1,12	176,58	196,6	31	1,27	224,26	196,6	209,23	0,43
Освещение	31	1	31		0,8	0,95	0,32	24,8	10,56
Итого	2,2/45	41	707,67	>3	0,28	0,7	1,01	201,38	204,6	32	1,25	251,73	204,6	324,4	0,49