1.2 Расчёт электрических нагрузок потребителей шс-1

Первым и основным этапом проектирования системы электроснабжения промышленного предприятия является определение расчетных значений электрических нагрузок. Они не являются простой суммой установленных мощностей электроприемников. Это обусловлено неполной загрузкой некоторых ЭП, неодновременностью их работы, вероятностным случайным характером включения и отключения ЭП и т.п.

Понятие «расчетная нагрузка» следует из определения расчетного тока, по которому выбираются все элементы сети и электрооборудование.

Расчетный ток- это такой неизменный средний на 30-ти минутном интервале времени ток, который приводит к такому же максимальному нагреву проводника или вызывает тот же тепловой износ изоляции, что и реальная переменная нагрузка.

1.2.1 Расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Расчет ведется с помощью специальной таблицы: «Сводная ведомость расчета электрических нагрузок».

Порядок расчета разберем на примере группы станков цеха №4.

В графу 1 в соответствии со схемой питания заносим наименование ЭП и их характерных групп (ЭП с одинаковыми cosφ и Ки), питающихся от данного узла.

ЭП длительного режима работы с переменным графиком нагрузки (Ки<0.6). Каждый многодвигательный агрегат считается как один ЭП суммарной мощностью всех входящих в него механизмов (характерная группа А).

ЭП с постоянным графиком нагрузки (Ки>0,6) характерная группа Б.

Долбёжные станки относятся к группе А с Ки = 0,14.

В графе 2 записываем количество рабочих ЭП.

Количество рабочих токарных станков равняется 1.

В графе 3 по каждой группе записываются номинальные мощности ЭП.

Pном = 30 кВт

В графе 4 записывается суммарная установленная мощность рабочих ЭП данной группы, приведенных к ПВ=100% ∑ Рном, кВт:

где N - количество ЭП, шт;

- номинальная мощность ЭП, кВт.

Для мостового крана задана относительная продолжительность включения ПВ, количество и номинальная мощность пересчитывается на заданное ПВ:

В графах 5 и 6 записываются значения Ки и cosφ в графу 7 tgφ для отдельных групп электроприемников.

Для долбёжных станков параметры соответственно Ки = 0,14 и cosφ = 0,43

В графе 8 записывается средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену для каждой группы ЭП , кВт:

В графе 9 записывается средняя реактивная нагрузка за на наиболее загруженную смену для каждой группы ЭП , кВар:

Для заполнения граф 5 и 6 по узлу в целом необходимо подвести итоги по графам 4, 8 и 9. По полученным данным определяются:

- средневзвешенное значение КИ.С по расчетному узлу:

В графу 10 записывается nЭ, которое согласно РТМ определяется по формуле:

В графу 11 записывается коэффициент максимума Км, который

определяется по соотношению nЭ и КИ.С. Из РТМ 36.18.32.4-92,таблица 1. Для ЭП с постоянным графиком нагрузки Км = 1.

В графу 12 записываются максимальная активная нагрузка от силовых ЭП

узла Pрасч, кВт:

В графу 13 записывается максимальная реактивная нагрузка от силовых

ЭП узла Qрасч, кВар:

так как nэ < 10, то

Суммарные максимальные активные и реактивные нагрузки по расчетному

узлу в целом для ЭП с переменным и постоянным графиком нагрузки

определяются сложением нагрузок групп ЭП по формулам:

Определяется максимальная полная нагрузка силовых ЭП Sрасч.уч, кВА:

Определяется расчетный ток Iрасч, А:

Сводная ведомость расчета нагрузки ШС-1 представлена в таблице 5

Таблица 5 - Расчёт нагрузки ШС-1

Исходные данные							Расчётные данные
Наим ЭП	N шт	Уст. Мощь кВт		Ки	Коэф реакт		Ср.Смен.Мощь		Nэ	Kmax	Расчётная мощность
		1 ЭП	∑		cos𝜑	tg𝜑	Pсм кВт	Qсм кВАр	Nэ	Kmax	Pрасч кВт	Qрасч кВАр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Группа А
Продольно-строгательный станок	1	14	14	0,16	0,61	1,29	2,24	2,88	-	-	-	-
Долбёжный станок	1	14	14	0,14	0,43	2,09	1,96	4,09	-	-	-	-
Кран мостовой	1	35	35	0,1	0,5	1,72	14	24,08	-	-	-	-
Токарный станок	1	30	30	0,4	0,75	0,88	12	10,56	-	-	-	-
Итого	4	93	95	0,8	-	-	30,2	41,61	3	2,31	69,76	45,77
Группа Б
Эксгаустер	2	5,6	11,2	0,63	0,8	0,75	7,05	5,2	-	-	-	-
Итого	2	5,6	11,2	-	-	-	7,05	5,2	-	-	7,05	5,2

Расчет необходимой мощности установки КРМ-0,4

Компенса́ция реакти́вной мо́щности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии^[1]. Осуществляется с использованием компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой мощностью с учетом необходимого резерва. Генерируемая реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электростанций и реактивной мощности компенсирующих устройств, размещенных в электрической сети и в электроустановках потребителей электрической энергии.

Компенсация реактивной мощности особенно актуальна для промышленных предприятий, основными электроприёмниками которых являются асинхронные двигатели, в результате чего коэффициент мощности без принятия мер по компенсации составляет 0,7— 0,75. Мероприятия по компенсации реактивной мощности на предприятии позволяют:

• уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы,

• уменьшить нагрузку на провода, кабели, использовать их меньшего сечения,

• улучшить качество электроэнергии у электроприемников (за счёт уменьшения искажения формы напряжения),

• уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях,

• избежать штрафов за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности,

• снизить расходы на электроэнергию.

Р – потребляемая активная мощность;

S и S’ – полная мощность до и после компенсации; QC – требуемая емкостная мощность; QL и QL’ – индуктивная составляющая реактивной мощности до и после компенсации.

Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

– расчетную реактивную мощность КУ;

– тип компенсирующего устройства;

– напряжение КУ.

Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения:

Q_к.р = αР_м (tgφ – tgφ_к),

где α – коэффициент, учитывающий повышение cos φ естественным способом, принимается α = 0,9; tgφ, tgφ_к – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφ_к = 0,92 ... 0,95.

Задавшись cos φ_к из этого промежутка, определяют tgφ_к.

Значения Р_м,, tgφ выбираются по результату расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок».

Задавшись типом КУ, зная Q_к.р. и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ) или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

tgφ_ф = tgφ – Q_к.ст. /α Р_м,

где Q _к.ст. – стандартное значение мощности выбранного компенсирующего устройства КУ, квар.

По tgφ определяют cosφ.

По tgφ_ф определяется фактический коэффициент мощности cosφ_ф:

cosφ_ф = cosφ (arctgφ_ф).

Структура условного обозначения компенсирующих устройств представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Структурная схема условного обозначения компенсирующего устройства

Определяется расчетная мощность КУ.

Q_к.р = α Р_м(tgα – tgφ_к) = 0,9106,2(1,33 – 0,29) = 99,4 квар.

Принимается cosφ_к = 0,96, тогда tgφ_к = 0,29.

Выбираем компенсирующую установку типа КРМ-0,4-125-7,5УХЛ3 в количестве 1 штук.

Наименование	Мощность, кВАр (U=400В)	Количество ступеней	Конденсаторные батареи (модули), кВАр	Ток вводного рубильника, А	Вес, кг	Габариты (номер чертеж
КРМ-0,4-125-7,5 У3	125	17	7.5-15-22.5-30-52.5	400	51	56

Поскольку все ШС имеют коэффициент мощности ниже 0,95 , то необходимо выбрать компенсирующие установки для каждого ШС.

Таблица - Выбор КУ для ШС

№	Мощность, кВт			K	кВАр	Тип и мощность КУ	Количество КУ
ШС-1	106,2	0,6	0,96	1,04	99,4	УК2-0,4-125-УХЛ3	1
ШС-2	66	0,88	0,96	0,25	14,85	УК2-0,4-19,8-УХЛ3	1
ШС-3	39	0,88	0,96	0,25	8,77	УК2-0,4-12,6-УХЛ3	1
ШС-4	96	0,88	0,96	0,25	21,6	УК2-0,4-27-УХЛ3	1
ШС-5	40	0,86	0,96	0,30	10,8	УК2-0,4-12,6-УХЛ3	1
ШС-6	54	0,87	0,96	0,28	13,6	УК2-0,4-19,8-УХЛ3	1
ШС-7	25	0,88	0,96	0,25	5,62	УК2-0,4-12,6-УХЛ3	1
ШС-8	99	0,86	0,96	0,30	26,73	УК2-0,4-32,4-УХЛ3	1

В дальнейших расчетах по выбору аппаратуры и кабельных линий будет использован коэффициент мощности равный 0,96. Высокий коэффициент мощности позволит выбрать кабельные линии более низкого поперечного сечения, благодаря уменьшению реактивной мощности.

Произведем повторный расчет с измененными данными таблицы для ШС-1

В графу 13 записывается максимальная реактивная нагрузка от силовых

ЭП узла Qрасч, кВар:

так как nэ < 10, то

Суммарные максимальные активные и реактивные нагрузки по расчетному

узлу в целом для ЭП с переменным и постоянным графиком нагрузки

определяются сложением нагрузок групп ЭП по формулам:

Определяется максимальная полная нагрузка силовых ЭП Sрасч.уч, кВА:

Определяется расчетный ток Iрасч, А:

Произведем расчет токов и полной мощности до установки КУ и после установки КУ.

№	S, кВА		cos𝜑		I, A
	ДО	ПОСЛЕ	ДО	ПОСЛЕ	ДО	ПОСЛЕ
ШС-1	92,18	77,67	0,6	0,96	140,05	118
ШС-2	75,47	67,65	0,88	0,96	114,66	102,78
ШС-3	44,31	39,97	0,88	0,96	67,32	60,72
ШС-4	109,09	98,4	0,88	0,96	165,74	149,5
ШС-5	46,5	41,43	0,86	0,96	70,64	62,94
ШС-6	62,06	55,68	0,87	0,96	94,29	84,59
ШС-7	28,4	25,62	0,88	0,96	43,14	38,92
ШС-8	111,69	102,54	0,86	0,96	169,69	155,79

Несмотря на то, что токи уменьшились, в некоторых силовых шкафах установка КУ не даст необходимый эффект - уменьшение поперечного сечения кабельной линии, однако, окончательное решение примем по установке КУ только после прокладки кабельных линий и расчетов токов с поправочными коэффициентами, там будет окончательно ясно - есть резон устанавливать КУ или нет.

Во всех силовых шкафах имеется исходный коэффициент мощности высокий, кроме 1 шкафа, поэтому установка КУ в ШС-1 необходима. В дальнейшем будем рассматривать пример по ШС-1 уже с КУ; остальные семь шкафов будем сравнивать значения до и после установки.

Таблица - Перерасчет нагрузки ШС-1

Исходные данные							Расчётные данные
Наим ЭП	N шт	Уст. Мощь кВт		Ки	Коэф реакт				Ср.Смен.Мощь			Nэ		Kmax		Расчётная мощность
		1 ЭП	∑		cos𝜑	tg𝜑		Pсм кВт		Qсм кВАр	Nэ		Kmax		Pрасч кВт		Qрасч кВАр
1	2	3	4	5	6	7		8		9	10		11		12		13
Группа А
Несблокирован. конвейер	1	14	14	0,16	0,96	0,29		2,24		0,64	-		-		-		-
Кран мост.	1	14	14	0,14	0,96	0,29		1,96		0,56	-		-		-		-
Долбёжный Станок	1	35	35	0,1	0,96	0,29		14		4,06	-		-		-		-
Сверлильный станок	1	30	30	0,4	0,96	0,29		12		3,48	-		-		-		-
Итого	4	93	95	0,8	-	-		30,2		8,74	9		2,31		69,75		9,61
Группа Б
Эксгаустер	2	5,6	11,2	0,63	0,96	0,29		7,05		2,04	-		-		-		-
Итого	2	5,6	11,2	-	-	-		7,05		2,04	-		-		7,05		2,04