2. Расчет электрических нагрузок цеха (предприятия)

Электрические нагрузки определяют выбор всей системы электроснабжения. Для их расчета используют метод коэффициента спроса и метод упорядочения диаграмм. Первый метод обычно используется на стадии проектного задания, когда неизвестны мощности отдельных электроприемников (ЭП) [7, 12].

Метод упорядочения диаграмм или метод коэффициента максимума является основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения. Он позволяет по номинальной мощности ЭП с учетом их числа и характеристик определить расчетную нагрузку любого узла схемы электроснабжения. По этому методу расчетная максимальная нагрузка группы ЭП:

. (2.1)

Групповая номинальная мощность Р_н определяется как сумма номинальных мощностей ЭП за исключением резервных.

Коэффициент использования К_и одного или группы ЭП (табл. 2.1) характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности одного или группы ЭП за наиболее загруженную смену к номинальной мощности.

Коэффициент максимума К_м представляет собой отношение расчетного максимума активной мощности нагрузки группы ЭП к средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену.

Для группы ЭП одного режима работы средние активная и реактивная нагрузки за наиболее нагруженную смену определяются:

;. (2.2)

Номинальная мощность п однотипных ЭП

. (2.3)

Таблица 2.1

Расчетные коэффициенты электрических нагрузок

Электроприемники	Ки	cos j
Насосы, компрессоры	0,75–0,80	0,75–0,85
Вентиляторы производственные, воздуходувки, дымососы	0,75	0,80
Сварочные трансформаторы: ручной электросварки	0,20–0,35	0,30–0,45
автоматической сварки	0,30–0,50	0,65–0,75
Печи сопротивления	0,60–0,80	0,95–0,98
Лампы накаливания	0,85	1,00
Люминесцентные лампы	0,85–0,90	0,95
Краны мостовые, кран-балки, тельферы, лифты	0,15–0,35	0,50

Для потребителей с переменной нагрузкой (группа А) расчетную активную нагрузку Р_р(А) группы ЭП отделения (участка, цеха) определяют с учетом коэффициента максимума К_м и средней нагрузки отделения:

, (2.4)

где К_м(А) – определяется в зависимости от эффективного числа ЭП n_э и от группового коэффициента использования К_и за наиболее загруженную смену (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Коэффициенты максимума К_м для различных коэффициентов использования

в зависимости от n_э

nэ	Значение Км при Ки
	0,10	0,15	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,70	0,80
4	3,43	3,11	2,64	2,14	1,87	1,65	1,46	1,29	1,14
5	3,23	2,87	2,42	2,00	1,76	1,57	1,41	1,26	1,12
6	3,04	2,64	2,24	1,88	1,66	1,51	1,37	1,23	1,10
7	2,88	2,48	2,10	1,80	1,58	1,45	1,33	1,21	1,09
8	2,72	2,31	1,99	1,72	1,52	1,4	1,3	1,2	1,08
9	2,56	2,20	1,90	1,65	1,47	1,37	1,28	1,18	1,08
10	2,42	2,10	1,84	1,60	1,43	1,34	1,26	1,16	1,07
12	2,24	1,96	1,75	1,52	1,36	1,28	1,23	1,15	1,07
14	2,1	1,85	1,67	1,45	1,32	1,25	1,2	1,13	1,07
16	1,99	1,77	1,61	1,41	1,28	1,23	1,18	1,12	1,07
18	1,91	1,70	1,55	1,37	1,26	1,21	1,16	1,11	1,06
20	1,84	1,65	1,5	1,34	1,24	1,2	1,15	1,11	1,06
25	1,17	1,55	1,40	1,28	1,21	1,17	1,14	1,10	1,06

Средневзвешенный коэффициент использования отделения ЭП группы А

, (2.5)

где Р_н(А) – суммарная номинальная активная мощность ЭП группы

;

Р_см(А) – суммарная среднесменная активная мощность ЭП группы А

.

Эффективное число ЭП группы А находится по формуле

, (2.6)

или по упрощенным выражениям [7].

Расчетная реактивная нагрузка группы ЭП с переменной нагрузкой для отделения и в целом по цеху определяется с учетом приведенного числа ЭП:

при n_э>10 , (2.7)

при n_э£10 . (2.8)

Для потребителей группы Б с постоянным графиком нагрузки (К_м = 1) нагрузка группы ЭП равна средней нагрузке за наиболее загруженную смену. Расчетные активные и реактивная мощности ЭП группы Б отделения:

;. (2.9)

К таким ЭП могут быть отнесены, например, электродвигатели насосов водоснабжения, вентиляторов, нерегулируемых дымососов, компрессоров, воздуходувок, нерегулируемых печей сопротивления.

После определения нагрузок отделений находится расчетная нагрузка по цеху:

, , (2.10)

где Р_смj, Q_смj – активная и реактивная нагрузки ЭП j-го отделения; m – количество отделений.

Расчетная активная и реактивная мощности цеха:

кВт;кВ∙Ар. (2.11)

При наличии в цехе однофазных ЭП, распределенных по фазам с неравномерностью £ 15 % они учитываются как трехфазные той же суммарной мощности. В противном случае расчетная нагрузка однофазных ЭП принимается равной тройной величине нагрузки наиболее загруженной фазы [12].

При числе однофазных ЭП до трех, их условная трехфазная номинальная мощность определяется:

а) при включении однофазного ЭП на фазное напряжение при трехфазной системе

, (2.12)

где S_n – паспортная мощность; Р_н.ф. – номинальная мощность максимально нагруженной фазы;

б) при включении одного ЭП на линейное напряжение

. (2.13)

Максимальные нагрузки однофазных ЭП при числе их более трех при одинаковом К_и и cosj, включенных на фазное или линейное напряжение, определяются:

;. (2.14)

Для определения электрических нагрузок цеха составляется сводная ведомость (табл. 2.3) с заполнением всех расчетных данных.

Таблица 2.3

Сводная ведомость электрических нагрузок цеха

Наименование характерной группы ЭП	Количество ЭП	Установленная мощность ЭП, приведенная к ПВ = 100 %		Коэффициент использования Ки		Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену		nэ	Км	Максимальная расчетная мощность
		Рн одного, кВт	Рн общая, кВт			Рсм, кВт	Qсм, кВт			Рм, кВт	Qм, кВ∙Ар
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…

Осветительные нагрузки рассчитываются приближе6нным методом по удельной мощности на освещаемую площадь.

Расчетная осветительная нагрузка отделений цеха:

;(2.15)

где Р_удо – удельная расчетная мощность на 1 м² производственной площади отделения (F);

К_со – коэффициент спроса освещения (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Расчетные коэффициент К_и, cоsj, Р_уд0 и К_со отдельных цехов промышленных предприятий

№	Наименование цехов	Ки	cosj	Кс	Руд0, Вт/м2	Ксо
	Компрессорные	0,60–0,70	0,80	0,70	9,10	0,85
	Насосные	0,70	0,80	0,75	12,00	0,85
	Котельные	0,60	0,75	0,70	9,10	0,85
	Сварочный цех	0,35–0,40	0,60–0,70	0,46	13,50	0,95
	Электроцех	0,20	0,64	0,31	15,50	0,95
	Сборочные цехи	0,20–0,30	0,85	0,35–0,40	14,30	0,95
	Механические	0,20–0,25	0,60	0,30–0,35	14,30	0,85
	Административно-бытовые помещения	0,40–0,50	0,75	0,50–0,60	19,50	0,90

При использовании известных значений удельной мощности общего равномерного освещения в зависимости от типа светильника и, исходя из оптимального их расположения в помещении, определяется мощность одной лампы [8, 14].

Для освещения основных цехов с высотой более 6 м и при наличии открытых пространств используются газоразрядные лампы типа ДРЛ с cosj = 0,58. Для административных и бытовых помещений применяются люминесцентные лампы с cosj = 0,85, для освещения мелких помещений используются лампы накаливания с cosj = 1.

Полная расчетная нагрузка цеха определяется суммированием расчетных нагрузок силовых и осветительных групп электроприемников

. (2.16)

По величине полной расчетной нагрузки подбирается трансформатор с учетом компенсации реактивной мощности.

Примечание: примеры по определению электрических нагрузок представлены в [12].