2 Расчетно-конструкторская часть

2.1 Краткая техническая характеристика объекта и

электрооборудования

Объектом проектирования является сталеплавильного цеха металлургического завода. Цех представляет собой отдельно стоящее одноэтажное здание размерами 27х42 м. Здание одноэтажное. Толщина внешних стен 0,4 м, толщина внутренних стен 0,3 м, размеры колонн 0,8х0,4 , высота цеха от пола до ферм перекрытия 10 м, ширина дверных проёмов 4м.

В цехе установлено силовое электрооборудование, технические характеристики которого представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика оборудования цеха

№ по плану	Наименование электроприемников	Номинальная мощность Рн, кВт	cos	н %
1, 2, 3, 28,31	Печь	40	0,79	88
4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13	Закалочный станок	14	0,87	88,5
14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21	Закалочный станок	11	0,86	86,5
22, 23, 24, 25, 26, 27, 59	Пресс	11	0,72	85,5
29, 30	Эл.печь сопротивления	30	0,87	90
32, 35, 36, 37, 45, 46	Дробометная камера	18,5	0,92	88,5
33	Печь	50	0,82	90
34, 38	Печь	35	0,84	90
39, 42, 43, 44	Печь	30	0,78	90
40, 41	Печь	36	0,89	88
47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58	Вентилятор	5,5	0,91	88

Технические характеристики остальных электроприемников представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристика электрических сетей

Показатель	Значение
1. Сторонние потребители, подключенные к ЦТП а) номинальная мощность одного потребителя Рн, кВт б) количество потребителей в) коэффициент мощности cos  г) коэффициент использования	38 4 0,8 1
2. Освещение цеха а) тип ламп б) удельная мощность Руд, Вт/м2	ДРЛ 19,5

Электроприёмники цеха получают питание от трёхфазной сети переменного тока напряжением 380 В и относятся к I категории по надежности электроснабжения. Металлообрабатывающие станки цеха используются для крупносерийного производства с тяжелым режимом работы.

2.2. Выбор рода тока, напряжения и схемы внутрицехового

электроснабжения

Род тока и номинальное напряжение в сети должны соответствовать исходным данным электроприемников, подключенных к данной сети. Номинальное напряжение электроприемников термического цеха кузнечно-прессового завода 380 В трехфазного переменного тока принято с учетом характеристики электрических сетей представленной в таблице 2.

Для электроснабжения термического цеха кузнечно-прессового завода выбрана смешанная схема внутрицехового электроснабжения, так как электроприемники размещены в разных направлениях от узлов питания и электроприемники имеют малую и среднюю номинальные мощности.

2.3 Расчет электрических нагрузок

Всё электрооборудование и необходимые исходные данные определяются в соответствии с технологическим процессом цеха и заносятся в таблицу 3.

Расчет электрических нагрузок выполняется по форме Ф636-90 представленной в таблице 3 для распределительного шкафа РП-1.

Все электроприемники группируются по характерным категориям с одинаковыми k_и и tgφ.

В каждой строке таблицы 3 указываются электроприемники одной характерной категории.

Расчет выполняется для каждой характерной категории электроприемников отдельно.

Название характерной категории электроприемников указываются в графе 1 таблицы 3 согласно таблице 1.

Количество электроприемников, шт., для каждой характерной категории электроприемников указывается в графе 2 таблицы 3.

Номинальная мощность р_ном, кВт, одного электроприемника характерной категории указывается в графе 3 таблицы 3.

Общая номинальная (установленная) мощность электроприемников характерной категорииР_ном, кВт, определяется по формуле:

P_ном=n · p_ном, (1)

где n - количество электроприемников в характерной категории, шт;

p_ном - номинальная мощность одного электроприемника характерной категории, кВт.

P_ном1=3 · 40=120 кВт;

P_ном2=1 · 11=11 кВт;

P_ном3=3 · 5,5 = 16,5 кВт

Результаты расчета заносятся в графу 4 таблицы 3.

Коэффициент использования электроприемников характерной категории k_и определяется по таблице 9 [6.18] с учетом режима работы электроприемника, указанного в таблице 1 и указывается в графе 5 таблицы 3. При наличии в справочных материалах интервальных значений для расчета принимаются наибольшие значения.

= 0,8

= 0,25

K_и3 = 0,8

Коэффициент мощности электроприемников характерной категории tgφ определяется по таблице 10 [6.18] с учетом значения коэффициента мощности cosφ и указывается в графе 6 таблицы 3.

tgφ₁ = 0,79;

tgφ₂ = 0,72.

tgφ₃ = 0,91.

Средняя активная мощность характерной категории электроприемников Р_с, кВт, определяется по формуле:

Р_с=k_и · Р_ном, (2)

где k_и- коэффициент использования электроприемников характерной категории;

Р_ном- общая номинальная (установленная) мощность характерной категории электроприемников, кВт.

Р_с1=120 · 0,8= 96 кВт;

Р_с2=11 · 0,25= 2,75 кВт.

Р_с3=16,5 · 0,8 = 13,2 кВт

Результаты расчета заносятся в графу 7 таблицы 3.

Средняя реактивная мощность характерной категории Q_с, квар, определяется по формуле:

Q_с=Р_с · tg , (3)

где Р_с - средняя активная мощность характерной категории электроприемников, кВт;

tg - коэффициент мощности характерной категории электро-приемников.

Q_с1=96 · 0,78= 74,88 квар;

Q_с2=2,75 · 0,96= 2,64 квар;

Q_с3= 13,2 · 0,46 = 6,07 квар

Результаты расчета заносятся в графу 8 таблицы 3.

Далее расчет выполняется для всего узла питания РП-1. Результаты расчета заносятся в строку «Итого по РП-1».

Общее количество электроприемников п, шт, по узлу питания определяется по формуле:

n=n₁+n₂+п₃ (4)

где n₁, n₂, n₃ - количество электроприемников в каждой характерной категории, шт.

n=3+1+3= 7 шт.

Результаты расчета заносятся в графу 2 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

По графе 3 таблицы 3 определяется наименьшая р_нмин и наибольшая

р_нмак мощности электроприемников из всех характерных категорий.

р_нмин= 5,5 кВт; р_нмак= 40 кВт.

Результаты расчета заносятся в графу 3 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Общая номинальная (установленная) мощность узла питания Р_номУП, кВт, определяется по формуле:

Р_номУП= Р_ном1+ Р_ном2+ Р _ном3. (5)

где Р_ном1,Р_ном2,Р_ном3 - номинальные (установленные) мощности характерных категорий электроприемников, кВт.

Р_номУП=120+ 11 + 16,5=147,5 кВт.

Результаты расчета заносятся в графу 4 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Средняя активная мощность узла питания Р_сУП, кВт, определяется по

формуле:

Р_сУП= Р_с1+ Р_с2 + Р_с3 (6)

где Р_с1, Р_с2,Р_с3 - средние активные мощности характерных категорий электроприемников, кВт.

Р_сУП=96+ 2,75 + 13,2=111,95 кВт.

Результаты расчета заносятся в графу 7 строки «Итого по РП-1»

таблицы 3.

Средняя реактивная мощность узла питания Q_сУП, квар, определяется по формуле:

Q_сУП=Q_с1+Q_с2 +Q_c3 (7)

где Q_с1,Q_с2,Q_c3 - средние реактивные мощности характерных категорий электроприемников, квар.

Q_сУП=74,88+2,64+ 6,07 =83,59 квар.

Результаты расчета заносятся в графу 8 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Средневзвешенный коэффициент использования k_и определяется по формуле:

(8)

где - общая номинальная (установленная) мощность узла питания, кВт;

- средняя активная мощность узла питания, кВт.

Результаты расчета заносятся в графу 5 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Средневзвешенный коэффициент реактивной мощности tq определяется по формуле:

(9)

где - средняя реактивная мощность, квар;

- средняя активная мощность узла питания, кВт.

Результаты расчета заносятся в графу 6 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Коэффициент мощности определяется по таблице 11 [6.18] с учётом значения коэффициента мощности tgφ и указывается в графе 6 таблицы 3.

= 0,80.

Эффективное число электроприемников n_э, шт, определяется по формуле:

(10)

где - общая номинальная (установленная) мощность узла питания, кВт;

р_нмак- номинальная мощность наиболее мощного электроприемника, подключенного к узлу питания, кВт.

По результатам расчета принимается n_э=n=7 шт.

Результат заносится в графу 9 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Коэффициент расчетной нагрузки определяется по таблице 7 [6.18]

с учетом значения средневзвешенного коэффициента использования k_и и эффективного числа электроприемников n_э.

=1,0.

Результаты расчета заносятся в графу 10 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Расчетная активная мощность узла питания , кВт, определяется по формуле:

=Р_сУП · k_р, (11)

где - средняя активная мощность узла питания, кВт;

- коэффициент расчетной нагрузки.

=111,95· 1=111,95 кВт.

Результаты расчета заносятся в графу 11 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Расчетная реактивная мощность узла питания , квар, определяется по формуле:

= 1,1 Q_сУП, так как n_э≤ 10, (12)

где - средняя реактивная мощность, квар.

= 1,1 · 83,59=91,95 квар.

Результаты расчета заносятся в графу 12 строки «Итого по РП-1»

таблицы 3.

Полная расчетная мощность узла питания , кВА, определяется по формуле:

(13)

где - расчетная активная мощность узла питания, кВт;

- расчетная реактивная мощность, квар.

Результаты расчета заносятся в графу 13 строки «Итого по РП-1»

таблицы 3.

Значение расчетной токовой нагрузки узла питания , А, определяется по формуле:

(14)

где U_номУП - номинальное напряжение узла питания, кВ;

- полная расчетная мощность узла питания, кВА.

Результаты расчета заносятся в графу 14 строки «Итого по РП-1» таблицы 3.

Далее расчет узлов питания выполняется аналогично. Результаты расчетов представлены в таблице 3.

2.4 Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность, передаваемая по сети, не является полезной. Для уменьшения количества передаваемой реактивной мощности на промышленных предприятиях выполняют искусственную компенсацию реактивной мощности по условию, что энергетическая система устанавливает значения рекомендуемого коэффициента мощности tg_рек=0,38.

Выбирается центральная схема подключения компенсирующего устройства, представленная на рисунке 1.

1-понижающий трансформатор;

2-коммутационная аппаратура;

3-отходящие линии;

4-конденсаторная установка;

5-устройство автоматического регулирования.

Рисунок 1 -Схема подключения компенсирующего устройства

Минимальная мощность компенсирующих устройств Q_к.у, квар, определяется по формуле:

Q_к.уP_p∙ (tgφ_факт - tgφ_рек), (15)

где P_p-расчетная активная мощность предприятия, кВт;

tgφ_факт- фактический коэффициент на шинах высшего напряжения до установки компенсирующего устройства;

tgφ_рек- рекомендуемый энергосистемой коэффициент мощности.

Q_к.у827,77∙ (0,67 - 0,38) =240,05 квар

Стандартная мощность компенсирующего устройства подключаемого на шину одного распределительного устройства Q_ку.ст., квар, определяется по формуле

Q_{ку. ст.}≥Q_к.у/n_сшРУ (16)

где n_сшРУ - количество сборных шин распределительного устройства, шт.

Q_ку.ст.=240,05/2=120,03 квар

Тип компенсирующего устройства выбирается с учетом номинального напряжения, номинальной реактивной мощности конденсаторной установки, климатического региона и места расположения конденсаторной установки.

Выбираем компенсирующее устройство типа: УКТ-0,38-150 УЗ в количестве двух штук. Общая мощность компенсирующих устройств Q_ку.ст.=300 квар.