1.2. Характеристика споживачів електричної енергії та визначення категорії електропостачання.

Згідно ПУЕ всі споживачі електроенергії по надійності і безперервності електропостачання поділяються на три категорії.

І категорія - електроспоживачі, перерва в електропостачанні яких може привести до небезпеки життя людей або до значних збитків, пов’язаних з пошкодженням обладнання, масовий брак продукції, порушення складного технологічного процесу виробництва. Електроспоживачі 1-ої категорії повинні мати два незалежні джерела живлення, перерва в електропостачання допускається лиш на час автоматичного відновлення живлення.

ІІ категорія - електроспоживачі, перерва в електропостачанні яких може привести до масового недовипуску продукції, простою робочих місць та механізмів, промислового транспорту, порушення нормальної життєдіяльності значної кількості міських та сільських жителів. Для електроспоживачів ІІ категорії перерва в електропостачанні можлива на час для включення резервного електропостачання, для них можлива перерва на час необхідних для включення діями чергового персоналу або оперативною виїзною бригадою, але не більше 24 годин. Рекомендується два незалежні джерела живлення. Допускається електропостачання від одного джерела живлення (одне або два джерела живлення вирішується конкретно в залежності від значення, яке має дане підприємство в народному господарстві країни і від місцевих умов).

ІІІ категорія - всі інші споживачі, які не підходять до споживачів І та ІІ категорії (наприклад, електроспоживачі допоміжних цехів, що не визначаються технологічним процесом основного виробництва. Живлення цієї категорії може виконуватись від одного джерела живлення, проте якщо по місцевим умовах можна забезпечити живлення від іншого джерела без затрат, то застосовується резервне живлення і для цієї категорії електроспоживачів.

В цій частині проекту потрібно детально проаналізувати режими роботи споживачів об’єкту, визначити до якої категорії надійності і в цілому відноситься об’єкт.

2. Розрахункова частина.

2.1. Розрахунок електричних навантажень силової мережі .

Утворення кожного підприємства починається з його проектування. Не просте сумування встановлених (номінальних ) потужностей підприємств, а визначення розрахункових значень електричних навантажень є першим і основним етапом проектування. Розрахункова максимальна потужність, що споживається електроспоживачами підприємства або об’єкту завжди менша суми номінальних потужностей цих електроспоживачів. Потрібно правильно визначити розрахункове навантаження електричних навантажень, тому завищене розрахункове електрона-вантаження приводить до подорожчання провідникового матеріалу мереж та подорожчанню будівництва. А занижений розрахунок максимальної розрахункової потужності може привести до зменшення пропускної здатності, до додаткових втрат потужності, перегріву проводів та кабелів і відповідно до скорочення терміну служби.

Визначення електронавантаження для електроспоживачів.

Схема з’єднання електроспоживачів. Струм кожного електроспоживача визначається як і для великої кількості електроспоживачів по наступній формулі:

де: Р_ном - номінальна активна потужність електроспоживача;

U_ном - номінальна лінійна напруга мережі;

сos φ– номінальний коефіцієнт потужності навантаження;

η_ном - номінальний коефіцієнт корисної дії (к.к.д.).

Р_ном, U_ном, сos φ, η_ном- повинні прийматись по каталогу (паспорту) електродви-гуна.

Для багатоприводного електродвигуна номінальний струм приймається з урахуванням сos φ, η найбільш потужного електродвигуна:

де: ΣР_ном – сума номінальних потужностей електроспоживачів;

Номінальний струм трифазної випрямляючої установки або трансформато-ра:

Для однофазних електроприймачів силової мережі, що підключені на фазні напруги:

де: Р_ф - активна потужність однофазного електроприймача,

U_ном.ф. – номінальна фазна напруга мережі в кВ.

Наприклад, потрібно розрахувати електропостачання пункту поточного ремон-ту двигунів потужністю 200 кВт від ТП-7 потужністю 630 кВА відстанню 120 м, прокладку кабелю живлення виконати в землі. Перелік електробустаткуван-ня, що встановлено в пункту поточного ремонту двигунів по генеральному плану:

1. Розподільча шафа -1шт.;

2. Пристрій заземлення -1шт;

3. Електрокотел потужністю 6 кВт, U_ном. = 380В;

4, 5. Хонінгувальний верстат потужністю 5 кВт, U_ном = 380В;

6. Розточувальний верстат потужністю 7 кВт, U_ном = 380В;

7.Заточувальний верстат потужністю 1,5 кВт, U_ном = 380В;

8. Розточувальний верстат потужністю 7 кВт, U_ном = 380В;

9. Шліфувальний верстат потужністю 14 кВт, U_ном = 380В;

10, 11, 12. Кантувальний верстат потужністю 1,5 кВт, U_ном = 380В;

13. Стенд для обкатки двигунів потужністю 130 кВт, U_ном = 380В;

14. Кран-балка потужністю 3,2 кВт, U_ном = 380В;

15. Свердлувальний верстат потужністю 1,5 кВт, U_ном = 380В;

16. Твердомір потужністю 0,6 кВт, U_ном = 220В;

17. Дефектоскоп потужністю 0,5 кВт, U_ном =220В.

Намічаємо розташування розподільчих шаф, враховуючи технологічний процес, вимоги пожежної безпеки та електробезпеки, плануємо встановити розподільчі шафи:

а). на ІІ поверсі для живлення офісних та побутових електроспоживачів;

б). в приміщенні збиральної дільниці;

в). в приміщенні обкатки двигунів.

Визначаємо електронавантаження для кожного із споживачів:

по наступній формулі:

де: Р_ном - номінальна активна потужність електроспоживача;

U_ном - номінальна лінійна напруга мережі;

сos φ– номінальний коефіцієнт потужності навантаження;

η_ном - номінальний коефіцієнт корисної дії.

Р_ном, U_ном, сos φ, η_ном - повинні прийматись по каталогу (паспорту) електро-двигуна, з додатку 1.

Наприклад, струм навантаження хонінгувального верстату визначається:

Результати всіх інших обчислень зводимо до табл. 2.1.1

Табл.2.1.1

Назва верстату	Р, кВт	Uном, кВ	cos φ	η ном	І, А
Хонінгувальний верстат	5	0,38	0,78	0,82	11,9
Розточувальний верстат	7	0,38	0,79	0,79	17,1
Заточувальний верстат	1,5	0,38	0,8	0,77	3,7
Шліфувальний верстат	14	0,38	0,79	0,79	34,0
Кантувальний верстат	1,5	0,38	0,79	0,78	3,7
Стенд для обкатки	130	0,38	0,89	0,96	232,6
Кран-балка	3,2	0,38	0,78	0,8	7,2
Свердлильний верстат	1,5	0,38	0,79	0,78	3,7
Твердомір	0,6	0,23	0,8	0,82	2,0
Дефектоскоп	0,5	0,23	0,82	0,81	3,3

План пункту поточного ремонту двигунів із зазначенням електроустаткування, розподільчої шафи та заземлення на І поверсі зображений на малюнку 2.2.1

Малюнок 2.1.1.

Плануємо виконати електропостачання споживачів від встановлених розпо-дільчих шаф.

Так як, в механічному відділенні розташована основна розподільча шафа, то електроспоживачі, що встановлені в ній, проектуємо заживати від неї кабелями ВВГ, що прокладені по стінах приміщення на скобах і вказані на плані мал. 2.1.2., тобто живлення двох розточувальних, заточувального та двох хонінгувальних верстатів. Живлення розподільчих шаф збиральної дільниці та приміщення для обкатки двигунів також плануємо виконати кабелями ВВГ, які слід прокласти по стінах приміщень на скобах згідно плану на мал.2.1.2. Живлення розподільчої шафи ІІ поверху плануємо виконати від головної розподільчої шафи механічного відділення через перекриття в трубі. В кожному із приміщень плануємо встановити розетки на 220 В із заземлюючими контактами та заживити проводом ПВС, розетки вказані на плані під номером 8. Живлення однофазних електроприймачів, таких як твердомір, дефектоскоп плануємо виконати від розеток 220 В. Живлення електроспоживачів, що встановлені в розвантажувально-завантажувальної дільниці та які встановлені не біля стін, плануємо виконати проводом ПВ1 та прокласти в трубах під підлогою. Електропостачання кран-балки плануємо виконати кабелем КГ. Вибір перерізів проводів та кабелів живлення верстатів та розподільчих шаф, шаф освітлення, тип кабелю живлення та переріз виконуються в розділі 2.6. На генплані показуємо мережі живлення верстатів, розподільчих шаф, групових мереж живлення розеток. Відповідно проставляємо номери електроустатку-вання та проводів, кабелів для складання специфікації до даного креслення. Даний складений план викреслюється на аркуші А1" Генеральний план силової мережі."

План електропостачання силової мережі із зазначенням електроустаткуван-ня, розподільчих шаф, заземлення та мереж електропостачання електроспожи-вачів на І поверсі пункту поточного ремонту двигунів зображено на малюнку 2.1.2.

Таким же чином студенти виконують проектування майстерень виробничого характеру та складають план силової мережі.

2.2. Розрахунок електричних навантажень освітлювальної мережі.

Для освітлювальних електроприймачів з лампами розжарювання струм навантаження визначається:

де: Р_ф.о – активна потужність одного або групи освітлювальних електроспожи-

вачів, що приєднані на фазну напругу в кВ;

U_ном.ф – номінальна фазна напруга мережі в кВ.

Для освітлювальних електроприймачів з люмінесцентними лампами та ртутними струм навантаження визначається:

де: cos φ_о = 0,95 для люмінесцентних ламп,

cos φ_о = 0,57 для ртутних ламп.

Струм навантаження трифазної освітлювальної мережі визначається:

де: Р_о - сумарна активна трифазна потужність освітлювальної мережі, всі

електроспоживачі якої приєднуються на фазну напругу.

Основні вихідні дані на проектування:

Малюнок 2.1.2.

Приміщення: - Довжина - а, ширина – b;

- Коефіцієнти відображення стелі, стін та підлоги.

Світильники: - Коефіцієнт використання світильника;

- Розрахункова висота (відстань між світильником та робочою

поверхнею).

Лампи: - Тип лампи;

- Потужність.

Норми: - Нормуюча освітленість.

Допоміжні матеріали: - таблиця коефіцієнтів використання, додаток 2;

- таблиця коефіцієнтів відображення, додаток 3;

- таблиця рекомендуємих рівнів освітлення, додаток 4;

- таблиця рівня світлового потоку, додаток 5.

Визначаємо площу приміщення:

S = а ∙ b;

Визначаємо індекс приміщення φ:

Визначаємо кількість світильників, необхідних для освітлення приміщення:

де: Е - нормуюча освітленість горизонтальної площини, лк, додаток 4;

S – площа приміщення, м²;

К_з – коефіцієнт запасу освітленості, додаток 6

U – коефіцієнт використання освітлювальної установки, додаток 2;

Ф_л – світловий потік однієї лампи, додаток 5;

n – число ламп в одному світильнику.

Наприклад, потрібно визначити число світильників для встановлення в механічному відділенні на І поверсі:

З генплану об’єкту визначаємо розміри та площу:

S = (6 ∙2,8) + (0,75∙1,1) = 18,1 м²;

Визначаємо індекс приміщення:

φ =18,01/3,0∙(6+3,02) = 0,7;

Визначаємо кількість світильників, необхідних для освітлення механічного відділення:

n = 300∙18,01∙100/30∙4600∙1,5 = 3 світильника. Вибираємо тип світильників - ЛПО 26 1 х 65 (додатки 7,8,9,10,11).

Аналогічно виконуємо розрахунки для інших приміщень, результати обчислень зводимо в табл. 2.2.1

Табл.2.2.1

.

Назва приміщення	Площа S (м2)	Індекс приміщення φ	Нормуюча освіт-ленність Е, лк	Коефіцієнт Використання, u	Коефіцієнт Запасу , Кз	Тип світильника	Розрахунк. потік Фл	Кількість n
Механічне відділення	18,01	0,1	300	30	1,5	ЛПО26 1х65	4600	3
Збиральна дільниця	34,56	0,9	300	27	1,5	ЛПО26 1х65	4600	6

Вибрані типи світильників наносимо на план освітлювальної мережі.

План встановлення світильників на І поверсі наведено на малюнку 2.2.1.

Малюнок 2.2.1

Групуємо світильники по приміщеннях та приєднуємо їх до розподільчих шаф, наприклад, в розвантажувально-завантажувальній дільниці розміщені сві-тильники типу ЛПО 26 1 х 65, які плануємо встановити по стінах приміщення. Через те, що приміщення досить високе, крім того, на висоті колон майстерні може працювати кран-балка, яка буде заважати мережі освітлення тому сві-тильники плануємо становити по стінах приміщення.

Визначаємо потужність освітлення даного приміщення:

Потужність одного світильника ЛПО 26 1 х 65: Р_св.=58Вт.

Отже, потужність розвантажувально-завантажувальної дільниці буде склада-ти:

Р_сум.св.= 17∙58 = 986 Вт.

Поділяємо дане електронавантаження на дві групи: групу 6 та групу 7.

В групу 6 будуть входити світильники, що встановлені ліворуч розвантажу-вально-завантажувальної дільниці, тобто 9 світильників, тому розрахункова потужність цієї групи світильників буде складати:

Р_{сум. св.гр.6} = 9∙58 = 522 Вт

В групу 7 будуть входити світильники, що встановлені праворуч розванта-жувально-завантажувальної дільниці, тобто 8 світильників, тому розрахункова потужність цієї групи світильників буде складати:

Р_{сум.св.гр.7} = 8∙58 = 464 Вт.

Визначаємо струми в групових лініях освітлення:

І _гр.= Р _{сум.св.гр .}/ U _ном.ф ∙ сos φ_о;

І_{групи 6} = 0,522 / 0,22∙0,95 = 2,5 А;

І_{групи 7} = 0,464 / 0,22∙0,95 = 2,2 А;

В мережу зовнішнього освітлення (гр.8) входять три світильника типу ПГ-150,

І_{групи 8} = 0,450 / 0,22∙0,57 = 3,6 А

Дані розрахунку обчислень для інших груп освітлення приміщень зводимо в табл. 2.2.1.

Табл.2.2.1

Групові мережи	Тип світильників	Сумарна потужність, кВт	Напруга мережі, кВ	cos φо	Струм навантаження Ігр., А
Група 6	ЛПО26 1х65	0,522	0,22	0,95	2,5
Група 7	ЛПО26 1х65	0,464	0,22	0,95	2,2
Група 8	ПГ-150	0,450	0,22	0,95	3,6

На генплані освітлювальної мережі з’єднуємо групи світильників, приєдну-ємо їх до розподільчих шаф або шаф освітлення, наносимо позначення груп, проектуємо встановлення однополюсних вимикачів на один або два кола з умо-ви пожежної безпеки та зручності включення вимикачів, які вказуються на ген-плані. Даний план викреслюється на аркуші А1 "Генеральний план освітлю-вальної мережі пункту поточного ремонту двигунів".

Таким же чином студенти виконують проектування плану електропоста-чання приміщень ІІ поверху та складають план освітлювальної мережі.

План електропостачання освітлювальної мережі І поверху зображений на малюнку 2.2.2..

Малюнок 2.2.2

Групова мережа освітлення сходової клітини повинна бути виконана окремою лінією.

Для економії проводів до цієї лінії приєднаний світильник зовнішнього освітлення.

Аналогічно виконуємо розрахунки та планування електромереж: силової та освітлювальної та плануємо типи світильників, які слід встановити в приміщеннях ІІ поверху. Виконуємо планування розташування електроустаткування на планах силової та освітлювальної мережі ІІ поверху. Креслення планів виконується на аркушах А1 у вибраному масштабі.

План електропостачання силової мережі ІІ поверху зображений на малюнку 2.2.2.

Малюнок 2.2.2

На плані малюнка 2.2.2 вказані розетки, розподільча шафа та мережа живлення розподільчої шафи та розеточна групова мережа.

План електропостачання освітлювальної мережі ІІ поверху зображений на

малюнку 2.2.3.

Малюнок 2.2.3 Номери, що вказані на планах та назви групових мереж, типи світильників та шаф відповідають специфікаціям до планів електропостачання силової та освітлювальної мережі І та ІІ поверхів майстерні. Плани викреслюються у ви-браному масштабі.

2.3. План зовнішнього електропостачання.

В цій частині проекту потрібно показати живлення майстерні від джерела живленні та вказати марку, кількість та переріз кабелю живлення або проводу, вказати заземлення розподільчих шаф, висоту будівлі, загальні розміри, назву. План зовнішнього електропостачання викреслюється на аркуші А4 пояснювальної записки у вибраному масштабі.

Приклад зовнішнього електропостачання пункту поточного ремонту двигунів

наведено на малюнку 2.3.1.

Малюнок 2.3.1. 1 – Кабельна лінія по стені будинку, кабель АВбШв-3х50+1х25 мм² – 75 м; 2 – Кабельна лінія в землі, кабель АВбШв-3х50+1х25 мм² – 30 м; 3 РШ – розподільча шафа; 4 – пристрій заземлення. 2.4. Компенсація реактивної потужності.

При підключенні до електричної мережі активно-індуктивного навантажен-ня струм навантаження буде відставати від напруги на кут зсуву φ. Косинус цього кута (соs φ) називається коефіцієнтом потужності. Електроспоживачі з таким навантаженням споживають як активну - Р, так і реактивну потужність – Q.

Реактивна потужність визначається:

Q = Р ∙ tg φ;

Активна енергія, що споживається електроприймачам, перетворюється в інші види енергії: механічну, теплову, енергію стиснутого повітря, газів і тому подібне. Певний процент активної енергії витрачається на втрати. Реактивна потужність Q не зв’язана з корисною роботою електроспоживачів і витрачається на утворення електромагнітних полів в електродвигунах, трансформаторах, лініях. Проходження в електричних мережах реактивних струмів викликають додаткові втрати активної потужності в лініях, трансформаторах, генераторах електростанцій, проте додаткові втрати напруги потребують збільшення номінальної потужності та числа трансформаторів та знижують пропускну здатність всієї енергосистеми. Повна потужність:

Втрати активної потужності:

коефіцієнт потужності:

втрати напруги:

де: Р, Q, S – відповідно активна, реактивна та повна потужність,

R, X - відповідно активний та реактивний опори елементів електричної

мережі;

U _ном – номінальна потужність мережі.

Основними споживачами реактивної потужності індуктивного характеру на промислових підприємствах є асинхронні двигуни (60-65%) загального споживання), трансформатори, включаючи зварювальні (20-25%), вентильні перетворювачі, реактори і тому подібне.

Реактивною потужністю додатково навантажуються живлячі та розподільчі мережі підприємства, відповідно збільшується загальне споживання електро-енергії. Міри до зниження споживання реактивної потужності Q це природня компенсація без застосування спеціальних компенсуючих пристроїв та штучна компенсація з використанням компенсуючих пристроїв. Потужність компенсуючих пристроїв визначається:

Q_{к макс} = Q_{р макс} - Q_е1- в часи максимального навантаження;

Q_{к мін}.= Q_{р мін}.- Q_е2- в часи мінімального навантаження;

де: Q_{р макс}- розрахункова (споживаєма) потужність підприємства в часи макси-

муму навантаження;

Q_{р мін} - розрахункова (споживаєма) потужність підприємства в часи мінімуму

навантаження;

Q_е1- реактивна потужність, що передається підприємству енергосистемою

протягом півгодини в період максимальних активних навантажень

енеросистеми.

Q_е2- реактивна потужність, що генерується в мережу енергосистеми в період мінімальних навантажень. Для мереж до 1кВ, як правило, коефіцієнт навантаження не перевищує 0,8, при цьому мережі до 1кВ електрично більш віддалені від енергосистеми, а тому передача реактивної потужності в мережу до 1кВ підприємства приводить до збільшення затрат, тому що збільшуються перерізи проводів живлення, а тому для мереж до 1кВ рекомендується повна компенсація на стороні до 1кВ.

Для визначення потужності компенсуючого пристрою розраховуємо мето-дом впорядкованих діаграм за допомогою коефіцієнта максимуму. Для цього слід скласти відомість розрахункового максимального електронавантаження.

Для пункту поточного ремонту двигунів складаємо табл.2.4.1

Табл.2.4.1.

Сумарна потужність визначається:

Р_{ном.сум .}= Р _ном.1 ∙ n;

Наприклад, сумарна потужність хонінгувальних верстатів:

Р_{ном.сум}. = 5∙2 = 10 кВт;

Сумарна потужність за зміну:

Р_зм = Р_{ном.сум} ∙К_в;

де: К_в- коефіцієнт використання ( додаток 12);

Наприклад, змінна потужність хонінгувальних верстатів:

Р_зм = 10∙0,17 = 1,7 кВт;

Q_зм = Р_зм ∙tgφ;

Q_зм =1,7∙1,73 = 2,941 кВАр;

соs φ вибирається з додатку 12.

Аналогічно виконуємо розрахунки для інших верстатів. Сумуємо активну та реактивну потужності за зміну, по таблиці ∑Р_зм=46,565 кВт; ∑Q_зм=40,065 кВАр. Сумуємо кількість електроспоживачів, по таблиці n=14 шт., визначаємо сумарну потужність приєднаних електроспоживачів, по таблиці

∑ Р_{ном.сум} =179,8 кВт.

Визначаємо середній коефіцієнт використання:

К_в.с. = ∑Р_зм / ∑ Р_{ном.сум};

К_в.с = 45,565 / 179,8 = 0,26;

Вибираємо умови визначення ефективного числа n_е (додаток 13).

n_е =2∙ ∑ Р_{ном.сум} / Р_{ном.1макс}

n_е =2∙179,8/130 = 3 верстати;

Визначаємо коефіцієнт максимуму навантаження:

К_м = f (К _в.с, n_е) ;

К_м=2,14 (з додатку 14);

Визначаємо максимальну потужність об’єкту проектування:

Р_м =К_м∑Р_зм;

Р_м =2,14∙46,565 = 96,6 кВт;

Q_м=1,1 ∑Q_зм при n_е ≤ 10;

Qм=∑Q_зм при n_е >10;

Qм=1,1∙40,065 = 44,1 кВАр;

Визначаємо повну максимальну потужність:

Визначаємо коефіцієнт потужності соs φ_м:

соs φ _м = Р_м/ S_м;

соs φ_м = 99,6 /108,9 = 0,91;

Потужність компенсуючого пристрою визначаємо:

Q_к.п. = Q_м – Q_е = Р_м (tg φ_м- tg φ_е);

де: Qе – реактивна потужність, що передається з мережі;

tg φ_е = 0,25- для Житомиробленерго, Київобленерго - задається енергосис-

темою.

Q_к.п. = 99,6 ∙ (0,72 - 0,25) = 46 кВАр.

З додатку 16 вибираємо стаціонарні конденсатори ККС-0,4-40-3 та ККС-0,4-6-3.