1.2.2 Розрахунок навантаження освітлювальних установок

Визначенню розрахункових навантажень освітлювальних установок, як правило, передують розрахунки електричного освітлення проектованого цеху, яке поділяють на робоче та аварійне.

Для розрахунку освітлення в інструментальному цеху використаємо метод світлового потоку.

Потрібний потік ламп в кожнім світильнику знаходиться з формули:

, (1.2)

де – коефіцієнт запасу;

–мінімальна освітленість, ;

_S– площа, приміщення, що освітлюється,;

_z– коефіцієнт нерівномірності освітленості;

–коефіцієнт використання світлового потоку – відношення світлового потоку, який падає на робочу поверхню, до світлового потоку світильників.

Коефіцієнт використання η залежить від типу світильника, коефіцієнтів відбиття стін , стелі, робочої поверхні, та від показника приміщення, який враховує співвідношення розмірів приміщення. Приймаємо:

Згідно [ ] , [ ] та вище приведених формул, визначаємо:

Коефіцієнт запасу .

Мінімальна освітленість лк.

Коефіцієнт нерівномірності .

Площа приміщення:

;

.

Визначимо показник, який враховує співвідношення розмірів приміщення (індекс приміщення):

;

де Н = 15м – висота приміщення цеху;

h_p = 0,8м – висота розрахункової поверхні над підлогою згідно з [ ];

h_c = 0,2м – відстань світильників від перекриття.

Тоді:

;

=0,521

Визначимо світловий потік однієї лампи, необхідний для забезпечення заданої мінімальної освітленості за формулою(1.2), лм:

,

де Е_min– нормоване значення освітленості, лк;

S– площа приміщення, яке освітлюється, м²;

N_св– кількість установлених світильників;

K_з– коефіцієнт запасу;

z– коефіцієнт мінімальної освітленості.

Нормоване значення освітленості при загальному освітлені для інструментального цеху дорівнює 200 лк згідно з [ ]. Згідно з [ ] вибираємо рекомендоване відношення l / Н_р = 0,8 - 1,2 (деl– відстань між світильниками), коефіцієнт мінімальної освітленості вибираємо згідно з [ ], маємоz = 1,15. Згідно з [ ] для інструментального цеху вибираємо значення коефіцієнту запасуК_з = 1,8.

Тоді світловий потік лампи:

Кількість світильників :

;

де L – довжина освітлювальної лінії, м²

^;

обирається згідно [ ]

Вибираємо лампи ДРЛ700(10)-5

Напруга 130 В

Потужність 700 Вт

Світовий потік 44000 Лм

Час горіння 12000 год

Тип цоколя Е40

Використовуемо ПРА 1K700ДРЛ44-002УХЛ1

Потужність ламп 700 Вт

Струм 4 А

Коеф. Потужності 0,85

Тоді

Визначаємо активну потужність освітлювального навантаження при коефіцієнті попиту:

;

кВт.

Визначаємо реактивну потужність освітлювального навантаження:

;

квар.

Розрахунок аварійного освітлення:

Світильники аварійного освітлення розмістимо рівномірно по всій площі приміщення, значення освітленості при аварійному освітлені для інструментального цеху рекомендується брати 5 % від норми робочого освітлення, але не менш як 5 та не більше 30 лк. Для освітлення використаємо лампи розжарення Б 215-225

;

кВт.

Розрахуємо повне освітлювальне навантаження:

;

;

кВт;

кВА.

1.2.3 Розрахунок сумарного електричного навантаження всього цеху

Для розрахунку сумарного розрахункового навантаження по всьому цеху використаємо дані методу розрахункових коефіцієнтів.

Визначимо сумарне активне навантаження по всьому цеху:

;

кВт.

Визначимо сумарне реактивне навантаження по всьому цеху:

квар.

Визначимо сумарне повне навантаження по всьому цеху:

;

кВА.

Втрати потужності в трансформаторі обчислимо за допомогою приблизних формул:

;

.

Одержимо:

кВт;

квар.

Зведемо отримані значення в таблицю 1.3.

Таблиця 1.3 ‒ Розрахункові навантаження по цеху

Вид електричного навантаження	Розрахункові електричні навантаження
	Р, кВт	Q, квар	S, кВА
Силове навантаження	81,78	156,86	176,9
Освітлювальне навантаження	19,992	13,58	24,169
Втрати в трансформаторі	3,97	19,85	20,243
Всього	105,742	190,29	221,312

1.2.4 Вибір конструкції та місця знаходження розподільчого пункту та цехової підстанції

В інструментальному цеху використовується КТП Київського заводу трансформаторних підстанцій напругою 10/0.4 кВ.

КТП внутрішнього встановлення складається з трьох основних елементів та вхідного пристрою на 10 кВ, силового трансформатора, розподільчого пристрою на 0.4 кВ. Ввідний пристрій високої напруги тип ВВ-2-закрита шафа з вбудованим в нього вимикачами навантаження тип ВНП-17 та запобіжника тип ПК.

Вимикач навантаження пристосований для відключення трансформатора з сторони ВН при холостому ході або при номінальному навантаженні. При короткому замиканні трансформатор вимикається запобіжником. Для вимикання однієї із ліній в шафі є мінні підкладки.

В силовому трансформаторі тип ТМ маємо природне масляне охолодження та герметичний блок підвищеної міцності. Напруга регулюється при відключеному трансформаторі. Трансформатор обладнаний електроконтактами, вакуумметром для контролю за внутрішнім тиском. Трансформатор має також термоаналізатори, а рівень масла контролюється маслопоказником. Розподільчий пристрій складається з металевих шаф з вмонтованою апаратурою та проводами.

Вимірювальні прилади та реле розміщуються в відсіках приладів та на дверях шаф.

Визначимо центр навантажень цеха. Розрахунки наведемо в таблиці 1.4.

X_ун =м;

Y_ун =м.

При даному розташуванні КТП будемо заважати технологічному процесу, при цьому виносимо її за прибудову цеха в спеціально пристроєну до зовнішньої сторони цеха.

Будуємо картограму навантажень цього цеху. Для побудови необхідно знайти радіус кола та кут, що пропорційний освітлювальному навантаженню.

де Р_РΣ – сумарне максимальне навантаження цеху, кВт;

Р_р.о– максимальне освітлювальне навантаження;

k– коефіцієнт пропорційності, підбирається в залежності від масштабу.

см;

Рисунок1.2 - Картограма навантажень цеху.

Таблиця 1.4 – Розрахунок центра навантажень цеха

Номер на плані	Номінальна потужність кВт	Xi	Yi	Pн · Xi	Pн · Yi
1	19	2,3	20,1	43,7	381,9
2	12	3,7	34,5	44,4	414
3	12	9,3	34,5	111,6	414
4	12	14,9	34,5	178,8	414
5	22	6,7	27,3	147,4	600,6
6	22	9,8	27,3	215,6	600,6
7	22	12,8	27,3	281,6	600,6
8	20	7,0	12,4	140	248
9	20	10,9	12,4	218	248
10	20	14,9	12,4	298	248
11	20	4,7	4,3	94	86
12	20	9,3	4,3	186	86
13	20	14,0	4,3	280	86
14	18	22,8	34,5	410,4	621
15	18	24,0	29,6	432	532,8
16	46	27,4	34,5	1260,4	1587
17	14	32,6	34,5	456,4	483
18	14	35,8	34,5	501,2	483
19	14	39,1	34,5	547,4	483
20	14	42,3	34,5	592,2	483
21	14	45,6	34,5	638,4	483
22	30	31,4	28,2	942	846
23	30	34,9	28,2	1047	846
24	30	38,4	28,2	1152	846
25	30	41,9	28,2	1257	846
26	28	22,1	10,1	618,8	282,8
27	60	22,3	4,3	1338	258
28	12,5	26,5	10,1	331,25	126,25
29	12,5	31,2	10,1	390	126,25
30	12,5	35,1	10,1	438,75	126,25
31	10	43,0	11,5	430	115
32	10	43,0	8,3	430	83
33	23	39,1	6,6	899,3	151,8
34	15	28,1	4,3	421,5	64,5
35	15	32,8	4,3	492	64,5
36	15	37,4	4,3	561	64,5
37	15	42,1	4,3	631,5	64,5
Всього	741,5			18457,6	14494,85

1.3 Вибір економічної потужності та кількості цехових трансформаторів

Потужність цехових трансформаторів попередньо визначаємо за питомою густиною навантаження , кВ·А/м:

(1.4)

де F₁- площа 1-го цеху;

Підставивши у формулу (1.4) відповідні значення маємо :

Найбільш економічним, згідно [ ] є трансформатор з S_н = 160 кВА.

Мінімальну кількість цехових трансформаторів однакової потужності, що призначені для живлення технологічно зв’язаних навантажень, знаходять за виразом:

(1.5)

де - коефіцієнт завантаженнязгідно [ ];

- номінальна потужність трансформатора, кВА;

- дробовий доданок до найближчого цілого числа.

Підставивши у формулу (1.5) відповідні значення маємо:

Економічно оптимальну кількість трансформаторів:

n_{тр е} =n_{тр min}+m;

m =f(n_{тр min},К_з,n_тр) згідно [ ]

У цьому випадку m = 0, томуn_{тр е} =n_{тр min}=1.

Вибираємо два трансформатори:

І – ТМ -160/10 : S_н=160 кВА ;U₁/U₂=10/0,4 кВ

Р_н.х = 0,46 кВт ;Р_к = 2,35 кВт

U_к = 4,5 % ;I_н.х = 2,1  %.

Ціна трансформатора – 45000 грн.[ ]

За рахунок таз’являється некомпенсована потужністьQ_max.т , яка передаватиметься через трансформатори в мережу 0,38 кВ визначають її за виразом:

Q_max.т=, (1.6)

де k_з.ф– фактичний коефіцієнт завантаження:

;

;

Підставивши у формулу (1.6) відповідні значення отримаємо:

Q _max.т=квар.

Потужність батареї статичних конденсаторів напругою до 1000 В

Q_нк1 =Q_м -Q_{маx.т ;}

Q_нк1=квар.

На першому етапі розрахунку КБ не встановлюються, в цьому випадку Q_нк1 = 0.

Знаходимо додаткову потужність КБ низької напруги за виразом

Q_нк2 = Q_м - Q_нк1 - γn_тре - S_н , (1.7)

де γ – розрахунковий коефіцієнт, який визначається в функції показників К₁таК₂, схеми та напруги розподільчої мережі.

Показник К₁характеризує відношення питомих витрат на низько- та високовольтні конденсатори і в практичних розрахунках для енергетичної системи України.

Показник К₂  враховує віддаленість ТП від ГПП та потужність трансформаторів згідно [ ].

К₁ =11 – трьохзмінне підприємство;

К₂ = 3 ; γ = 0,63

Q_нк2=198,515-0 -0,63∙2∙160=-3,085 квар ;

Оскільки Q_нк2<0, то додаткову кількість батарей встановлювати не треба.

Перевірка трансформатора на перенавантаження

,

де К_н.доп  допустимий коефіцієнт перенавантаження, вибирається виходячи з попереднього графіка роботи трансформатора

224 > 198,515 кВА.

Умова виконується, тому приймаємо до встановлення два трансформатори типу ТМ160/10.

Виконаємо аналогічний розрахунок вибору трансформаторів 2-го цеху.

Визначимо сумарне активне навантаження для 2-го цеху:

;

кВт.

Визначимо сумарне реактивне навантаження по всьому цеху:

квар.

Визначимо сумарне повне навантаження по всьому цеху:

;

кВА.

Найбільш економічним, згідно [1] є трансформатор з S_н = 250 кВА.

Мінімальну кількість цехових трансформаторів однакової потужності, що призначені для живлення технологічно зв’язаних навантажень, знаходять за виразом:

де - коефіцієнт завантаження(згідно табл.2.9 [1]);

- номінальна потужність трансформатора, кВА;

- дробовий доданок до найближчого цілого числа.

Економічно оптимальну кількість трансформаторів:

n_{тр е} =n_{тр min}+m;

m =f(n_{тр min},К_з,n_тр) згідно [1]

В обох випадках m = 0, томуn_{тр е} =n_{тр min}=2.

Вибираємо два трансформатори:

ТМ -250/10 : S_н=250 кВА ;U₁/U₂=10/0,4 кВ

Р_н.х = 0,65 кВт ;Р_к = 3,25 кВт

U_к = 4,5 % ;I_н.х = 2,0  %.

За рахунок таз’являється некомпенсована потужність Q_max.т , яка передаватиметься через трансформатори в мережу 0,38 кВ визначають її за виразом:

Q_max.т=,

де k_з.ф– фактичний коефіцієнт завантаження:

;

;

Q _max.т=квар.

Потужність батареї статичних конденсаторів напругою до 1000 В

Q_нк1 =Q_м -Q_{маx.т ;}

Q_нк1=квар.

На першому етапі розрахунку КБ не встановлюються, в цьому випадку Q_нк1 = 0.

Знаходимо додаткову потужність КБ низької напруги за виразом

Q_нк2 =Q_max.т-Q_нк1 - γn_тре -S_т.ном ,

де γ – розрахунковий коефіцієнт, який визначається в функції показників К₁таК₂, схеми та напруги розподільчої мережі.

Показник К₁характеризує відношення питомих витрат на низько- та високовольтні конденсатори і в практичних розрахунках для енергетичної системи України.

Показник К₂  враховує віддаленість ТП від ГПП та потужність трансформаторів рис. 2.7[1].

К₁ =11 – троьхзмінне підприємство;

К₂ = 3 ; γ = 0,49

Q_нк2=238,22 - 0 - 0,49∙2∙250=-6,78 квар.

Оскільки Q_нк2<0, то додаткову кількість батарей встановлювати не треба.

Перевірка трансформатора на перенавантаження

,

де К_н.доп  допустимий коефіцієнт перенавантаження, вибирається виходячи з попереднього графіка роботи трансформатора

;

350 > 238,22 кВА.

Умова виконується, тому приймаємо до встановлення два трансформатори типу ТМ250/10.

1.4 Вибір схеми електропостачання цеха

Схема електропостачання цеха містить розподільчу мережу 10 кВ від ГПП до ТП та цехову електричну мережу напругою 0,4 кВ. Для розподільчої мережі 10 кВ вибираємо магістральну схему електропостачання згідно з [ ]. Цехову електричну мережу також виконуємо магістральною. При цій схемі одна або кілька ліній, які відходять від РП низької напруги ТП, живлять розосереджене навантаження у вигляді розподільчих шинопроводів і силових шаф та великих ЕП. Приймаємо дану схему, оскільки маємо відносно рівномірне розташування силового та освітлювального навантаження по площині цеха. Схема забезпечить надійність, універсальність і високу гнучкість.

1.5 Вибір конструктивного виконання цехового електропостачання

Цехова електрична мережа напругою 0,4 кВ у відповідності з прийнятою схемою електропостачання та умови навколишнього середовища виконується кабельними лініями від ТП до СШ та проводами в трубах від СШ до електроприймачів.

Магістральну мережу виконуємо по типу розводки, яка складається з кабелів з алюмініївними жилами та проводом прокладеним в пазах кроком - відстань між сусідніми магістралями; який змінюється в залежності від розташування устаткування у межах 2 ; 6 м. Уздовж магістралі встановлені коробки приєднань на 3-6 ЕП з глухими (болтовими) з’єднаннями та запобіжники. Тролей для живлення кран-балки виконують комплектним шинопроводом.

Для пересувних ЕП використовують гнучкі переносні кабелі. З’єднання та відгалуження коробок електропроводок мають ступінь захисту ІР44.

Схема цехової електричної мережі представлена на кресленні №2.

В схемі електропостачання цеха передбачена апаратура керування та захисту, яка призначена для включення та відключення споживачів електроенергії та мереж, реверсування та електричного гальмування електропривода, захисту від короткого замикання , перевантажень, зниження напруги, забезпечення самозапуска двигунів від перенавантажень здійснюється магнітними пускачами типа АЕ за допомогою теплових реле з біметалевою пластиною.

Кожна ділянка, що відходить має захист від КЗ, виконану запобіжниками та автоматами. Ввід виконується через вимикач типа ОЭ25В з установкою струму спрацювання 2500 А.

Рис.1.3 ‒ Розрахунок цехової електричної мережі

1.6 Вибір силових розподільчих шаф та перерізів проводів живлячих окремі електроприймачі

Вибір кабелю від РП до ТП здійснюємо за розрахунковим струмом, знайденим за формулою:

;

Приймаємо кабель марки ААБЛ1(3×4),;;.

Розрахунок та вибір силових розподільчих шаф проводимо в табличній формі та зводимо в таблицю 1.5. Покажемо розрахунок та вибір СШ1. Кількість та потужність приєднаних до СШ1 електроприймачів представлено на плані розміщення електрообладнання та розводки електричної мережі (лист робочого креслення № ).

Сумарна номінальна потужність

Проміжна потужність

Ефективна кількість ЕП визначається за виразом

, (1.12)

де – сумарна номінальна потужність всіх споживачів;

Підставивши у формулу (1.12) відповідні значення отримаємо:

.

Приймаємо шт.

Груповий коефіцієнт використання

_Кв=

Згідно з [ ] знаходимо значення розрахункового коефіцієнту для активної потужності (), в залежності від значень ефективного числа електроприймачів () та коефіцієнта використання (), отримаємо:

, якщо ,.

Значення розрахункового коефіцієнту для реактивної потужності () визначимо в залежності від величини. Оскількишт <10 шт, то:

.

Обчислимо розрахункову активну та реактивну потужності:

;

.

Маємо:

Обчислимо повну розрахункову потужність:

;

Розрахунковий струм

По даному розрахунковому струму вибираємо кабель марки АВВГ1(4×25) зI_доп=82 А, живлячий СШ1 від ТП.

СШ типа ШРС1-55У3 з I_доп=175 А. Дані заносимо до табл. 1.5.

Вибираємо перерізи проводів живлячих електроприймачі. Провідники вибираємо по критеріям економічності, допустимого нагріву, механічної міцності, умови захищеності вибраного перерізу від перенавантаження струмами КЗ.

Визначимо розрахунковий струм кожного ЕП та діаметр труби

I_рі =;

Вибираємо кабель марки АВВГ1(4×95) зI_доп=190 А; приймаємоd=35 мм.

Перевіримо кабелі за умовою допустимого нагрівання в нормальному режимі.

де – поправні коефіцієнти, що залежать від температури землі та повітря (К₁), від кількості кабелів, прокладених в одній траншеї або одному кабельному каналі (К₂), згідно [ ]; для ПЛ приймаютьК₂ = 0, для КЛК₂ = 1,К₁ = 1,09 для температури повітря +15С.

Для СП1:

Для ЕП1:

Вибрані кабелі задовольняють приведеним вимогам.

Дані розрахунків по кожному ЕП, а також силовій шафі заносимо в табл. 1.6.