2 Анализ электрических нагрузок

Рисунок №1 Суточный график нагрузок

P- активная мощность; Q - реактивная мощность.

Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: мощности районных трансформаторных подстанций, питательных и распределительных сетей энергосистемы, заводских трансформаторных подстанций и их сетей. Поэтому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей.

Различают следующие графики активных и реактивных нагрузок: суточные и годовые по продолжительности, характерные для отдельных отраслей промышленности. Режим работы потребителей электроэнергии изменяется в часы суток, дни недели и месяцы года, при этом изменяется и нагрузка всех звеньев системы электроснабжения. Эти изменения изображают в виде графиков нагрузок, на которых по оси ординат откладывают активные (кВт) и реактивные (кВар) нагрузки, а по оси абсцисс – время, в течении которого удерживаются эти нагрузки.

Суточные графики могут быть построены для отдельных звеньев системы электроснабжения (сетей, цеховых и заводских подстанций, отдельных установок), а также для всей энергетической системы или ее части, обеспечивающей электроэнергией определенный район.

Наибольшую нагрузку по суточному графику называют максимальной суто чной нагрузкой.

Из графика (рис.1) видно, что цех по изготовлению профнастила имеет непрерывный цикл работы. В течение суток по абсолютной величине активная нагрузка превышает абсолютное значение реактивной нагрузки, т.е tg  <1 или =1, т.е оборудование имеет высокий коэффициент мощности. Максимальная нагрузка у цеха в 10 -11 часов, а минимальная в 3 и 24 часа.

3 Выбор схемы электроснабжения, рода тока и напряжения

В России, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии применяется трехфазный переменный ток частотой 50 Гц (в США и ряде других стран 60 Гц). Сети и установки трехфазного тока более экономичны по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электропривода наиболее надежные, простые и дешевые асинхронные электродвигатели.

Наряду с трехфазным переменным током в некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии, электрифицированный транспорт и др.).

Цех питается на переменном токе промышленной частоты 50 Гц напряжением 6 кВ. На ТП подается напряжение 6кВ, которое понижается до 0,4 кВ. На ТП устанавливается два трансформатора.

Аварийная перегрузка на трансформаторах допускается 40% в течение 6-ти часов. Кабели низкого напряжения прокладываем в земле. Кабели высокого напряжения прокладываются по воздуху.

Схема внутреннего электроснабжения имеет секционированную систему сборных шин на цеховой трансформаторной подстанции

Схему берем радиальную, так как есть потребители всех категорий и имеется высоковольтный двигатель. Принимаем два источника питания.

4 Расчет силовых нагрузок

Первым этапом проектирования электроснабжения современного промышленного предприятия является определение ожидаемых электрических нагрузок. От величины электрических нагрузок зависит выбор всех элементов проектируемой системы электроснабжения и ее технико-экономические показатели. Для второго варианта нагрузки рассчитываются по следующим формулам:

Опр еделяем установленную мощность по формуле [6]

P_{уст сил} = P_уст1 + P_уст2 + P_уст3 + P_уст4 + P_уст5 (1)

1 категория.

P_{уст сил} = 0 + 0 + 440 + 300 + 120 = 860кВт

2 категория

P_{уст сил} = 300 + 520 + 156 + 250 + 200 = 1426кВт

3 категория

P_{уст сил} = 250 + 300 + 260 + 320 = 1130кВт

Определяем расчётную мощность по формуле[6]

P_{рас сил} = P_{уст сил} * К_с (2)

1 категория

3 участок P_{рас сил} = 440 * 0,4 = 176 кВт

4 участок P_{рас сил} = 300 * 0,35 = 105 кВт

5 участок P_{рас сил} = 120 * 0,45 = 54 кВт

2 категория

1 участок P_{рас сил} = 300 * 0,7 = 210 кВт

2 участок P_{рас сил} = 520 * 0,65 = 338 кВт

3 участок P_{рас сил} = 156 * 0,4 = 62,4 кВт

4 участок P_{рас сил} = 250 * 0,35 = 112,5 кВт

5 участок P_{рас сил} = 200 * 0,45 = 90 кВт

3 категория

1 участок P_{рас сил} = 250 * 0,7 = 175 кВт

3 участок P_{рас сил} = 300 * 0,4 = 120 кВт

4 участок P_{рас сил} = 260 * 0,35 = 91 кВт

5 участок P_{рас сил} = 320 * 0,45 = 144 кВт

Опр еделяем по формуле [6]

[кВт] (3)

Где - удельный расход мощности на единицу площади участка[2]

- площадь участка [ ]

Из cosφ определяем tgφ

cosφ = 0,84 соответствует tgφ = 0,64

cosφ = 0,9 соответствует tgφ = 0,48

cosφ = 0,7 соответствует tgφ = 1,02

cosφ = 0,78 соответствует tgφ = 0,80

cosφ = 0,8 соответствует tgφ = 0,75

cosφ = 0,85 соответствует tgφ = 0,61

cosφ = 0,92 соответствует tgφ = 0,42

cosφ = 0,9 соответствует tgφ = 0,48

Определяем реактивную расчетную мощность по формуле[6]

Q _рас. = P_рас* tgφ (4)

1 категория

3 участок Q_рас = 176 * 0,64 = 112,6 кВар

4 уч асток Q_рас = 105 * 0,48 = 50,4 кВар

5 участок Q_рас = 54 * 1,02 = 55,08 кВар

2 категория

1 участок Q_рас = 210 * 0,75 = 157,5 кВар

2 участок Q_рас = 338 * 0,42 = 141,96 кВар

3 участок Q_рас = 62,4 * 0,75 = 46,8 кВар

4 участок Q_рас = 112,5 * 0,75 = 84,375 кВар

5 участок Q_рас = 90 * 0,48 = 43,2 кВар

3 категория

1 участок Q_рас = 175 * 0,8 = 140 кВар

3 участок Q_рас = 120 * 0,61 = 73,2 кВар

4 участок Q_рас = 91 * 0,42 = 38,22 кВар

5 участок Q_рас = 144 * 0,48 = 69,12 кВар

Определяем S _рас.уч. по формуле[6] [кВА]

(5)

кВА

кВА

кВА

кВА

кВА

кВА

определяем по формуле [6]

(6)

Определяем для каждого участка

Определяем расчетную мощность двигателя по формуле [3]

[кВА] (7)

где - коэффициент мощности двигателя,

- номинальная мощность двигателя [кВт],

- КПД двигателя

кВА

Определяем реактивную мощность двигателя по формуле [3]

[кВар] (8)

кВар

Результаты полученные при определении расчетных нагрузок по участкам заносим в сводную таблицу.

Полученные результаты заносим в таблицу 3

Таблица 3 Сводные данные

Номер участка	Ррас.сил. кВт	Qрас.сил. кВар	Ррас.о. кВт	Sрас.ц. кВА	Cosφср.сил.
1 Токарный	385	297,5	10	494	0,8
2 Фрезерный	338	141,96	20	385	0,93
3 Зат очный	358,4	232,6	20	444	0,85
4 Шлифовальный	477,5	172,995	50	555	0,95
5 Сверлильный	288	167,4	100	422,6	0,92
Итого по цеху	1846,9	1012,5	200	2300,6	0,89
С учетом двигателя	3446,9	1955	200	4157,6	0,9

5 Картограмма нагрузок

Расчет и месторасположение ТП

Рисунок №2 Картограмма нагрузок

Таблица №4 Координаты расположения сборок низкого напряжения на участках

Участок №1	Участок №2	Участок №3	Участок №4	Участок №5
x1 = 14	x2 =28	x3 =34	x4 =22	х5 =20
y1 = 40	у2 = 40	y3 =34	y4 =16	y5=34

Для определения места положения ТП и цеховых подстанций при проектировании систем электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок. Картограмма нагрузок предприятия представляет собой размещенные по генеральному плану окружности. Площади, которых в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам участков. Для каждого участка наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок участка.

Координат центра нагрузок по предприятию в целом Х₀ и У₀ определяются соответственно по выражениям:

; (9)

(10)

где ­ сумма расчетных полных мощностей [кВА].

Для построения картограммы нагрузок цеха нужно определить радиусы окружностей для каждого участка.

Так как полную мощность можно соотнести как площадь круга, а площадь круга определяется по формуле то отсюда можно получить пропорцию:

А из этой пропорции определить при известном радиусе первом и полных мощностях второй радиус по формуле [6]:

[м] (11)

Принимаем площадь круга радиусом r₂= 4 м(1 участок) пропорционально расчет ной нагрузки S₂= 318 кВА, тогда радиус круга для остальных расчетных нагрузок будет равен:

Радиус для второго участка рассчитываем с учетом высоковольтного двигателя по формуле [6]

(12)

Определяем сектора осветительных нагрузок по формуле [6]

[ ] (13)

где - доля осветительной нагрузки[ ],

- расчетная осветительная нагрузка[кВт],

- полная расчетная мощность[кВА].