2.3 Проектирование варианта схемы электроснабжения

Электрические сети служат для передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители энергии присоединяются через внутрицеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов.

Электрические сети промышленных предприятий выполняются внутренними (цеховыми) и наружными. Наружные сети напряжения до 1кВ имеют весьма ограниченное распространение, т.к. на современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от внутрицеховых или пристроенных трансформаторных подстанций.

Выбор электрических сетей радиальные схемы питания характеризуются тем, что от источника питания, например, от трансформаторной подстанции, отходят линии, питающих непосредственно мощные электроприёмники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприёмники. Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, т.к. аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии.

Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприёмников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнения мелких приёмников, несвязанных единым технологическим процессом. Они позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью.

Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надёжность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенного монтажа электрических сетей.

В связи с равномерностью распределения потребителей внутри цеха механической обработки деталей, а также низкой стоимости и удобстве в эксплуатации, выбирается магистральная схема питания, все приемники будут запитаны от двух шинопроводов, по 22 на каждый соответственно, расположенных с обеих сторон от шинопровода, т.е по 12. Трансформаторную подстанцию располагаем по возможности в центре или ближе к нему, чтобы уменьшить затраты питающих проводов к РУ.

2.4 Расчёт электрической нагрузки цеха

Расчет электрических нагрузок является первым и одним из ответственных этапов проектирования, т.к. на основании результатов такого расчета в дальнейшем производится выбор мощности компенсирующих устройств, силовых трансформаторов, электрооборудования подстанций, определяются сечения токоведущих частей (проводов, кабелей, шин), рассчитывается защита электроустановок и т.д. Завышение расчетной мощности при расчёте приведет к большим дополнительным затратам, а занижение - к выводу из строя оборудования, ложным срабатываниям защиты и т.п. Правильное определение расчетных электрических нагрузок дает гарантию того, что оборудование будет работать экономично, надежно, а потери электроэнергии будут минимальными.

Цех имеет несколько групп приёмников:

- станки К_и1 = 0,14; cosφ₁ = 0,50; tgφ₁ = 1,73;

- пресса К_и2 = 0,17; cosφ₂ = 0,65; tgφ₂ = 1,16;

- вентиляторы К_и3 = 0,60; cosφ₃ = 0,80; tgφ₃ = 0,75.

Определяем номинальную мощность первой группы ∑Рном1, кВт, по формуле:

∑Р_ном.1 = Р_ном1.1∑ +Р_ном1.2∑ +…+Р_ном1.n∑ , (7)

∑Р_ном.1 = 5·(7,5+2,2+0,12)+4·(7,5+1,5+0,75+0,12)+4·(15+1,1+0,12)+5·0,55+ +4·(2,2+1,5)+5·(7,5+3+0,55)+4·2,2+5·1,1 = 240,56 кВт

Аналогично найдём суммарную мощность для остальных приёмников:

∑Р_ном.2 = 4·(22+0,12) = 88,48 кВт

∑Р_ном.3 = 4·4 = 16 кВт

Найдём эффективное число приёмников n_э, о.е по формуле:

n_э. = (∑P_ном.)² / ∑(P_ном.)² , (8)

где (∑P_ном.)² – квадрат суммы мощностей, кВт;

∑(P_ном.)² – сумма квадратов мощностей, кВт.

n_э.= (240,56+88,48+16)²/ (5· (7,5+2,2+0,12)²+4· (7,5+1,5+0,75+0,12)²+

+4· (15+1,1+0,12)²+5·0,55²+4· (2,2+1,5)²+5· (7,5+3+0,55)²+4·2,2²+5·1,1²+

+4· (22+0,12)²+ 4·4²) = 43

Принимаем n_э=43

Определяем средние значение коэффициента использования К_и.ср., о.е , по формуле:

К_и.ср.=(К_и.1∙∑P_ном.1+К_и.2∙∑P_ном.2+К_и.3∙∑P_ном.3)/(∑P_ном.1+∑P_ном.2+∑P_ном.3) (9)

К_и.ср.=(0,12∙240,56+0,17∙88,48+0,6∙16)/(240,56+88,48+16)=0,15

Методом линейной интерполяции определяем расчётный коэффициент:

К_р.=f(43; 0,15)

К_р.=К₁+(( К_и.ср. –К_и1)/(К_и.2-К_и.1)) ∙(К₂-К₁) , (10)

где К₁ – табличный коэффициент, соответствующий значениям n_э и К_и1;

К_и1, К_и2 – табличные значения коэффициента использования, о.е;

К₂ – табличный коэффициент, соответствующий значениям n_э и К_и2.

К_р.=1,13+((43-40)/(45-40))∙(1,10-1,13)=1,112

Определяем расчетную активную мощность Р_р., кВт, по формуле:

Р_р.=К_р.∙(К_и. ∑Р_ном.) (11)

Р_р.=1,112∙(0,12∙240,56+0,17∙88,48+0,6∙16)=59,50 кВт

Определяем расчетную реактивную мощность Q_р, квар, по формуле:

Q_р.=К_и.i∙∑Р_ном.i∙tgφ_i (12)

Q_р.=0,12∙240,56∙1,73+0,17∙88,48∙1,16+0,6∙16∙0,75=74,58 квар

Определяем полную расчетную мощность S_p., кВ∙А по формуле:

S_p. = √ Р_р. ²+ Q_р. ² (13)

S_p.= √59,50² +74,58² = 95,40 кВ∙А

Определяем расчетный ток нагрузки I_p., А, по формуле:

I_р.= S_p./(√3∙U_ном.) (14)

I_р. = 95,40/(1,73∙0,40) = 137,70 А