1 Общая часть

1.1 Исходные данные электроприемников. Сводная таблица

Таблица 1 Исходные данные для расчетов

№ приемника по плану	Наименование приемника	Рном, кВт	Кu	Cos 
4÷8	Электроприводы ворот подъёмных	2	0,12	0,4
21÷24	Вентиляторы	10	0,6	0,8
1÷3	Краны мостовые	45,53	0,1	0,5
9÷20	Шлифовальные станки	15	0,17	0,65

1.2 Характеристика и анализ электроприемников по режимам

работы

Основная группа электроприемников, составляющая суммарную нагрузку объекта, представляет собой электродвигатели производственных механизмов автоматизированных технологических линий.

Для данной категории потребителей электроснабжение можно выполнять от одного источника питания при наличии централизованного резерва. И при условии, что перерывы в электроснабжении не будут превышать время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала, то есть по обеспечению надежности электроснабжения потребитель относится ко второй и третьей категории надежности электроснабжения.

1.3 Категории надежности и выбор схемы электроснабжения

Данный объект состоит, в основном, из электроприемников, большая часть которых – асинхронные двигатели, которые, в свою очередь, составляют активно-индуктивную нагрузку. Для питания этих электроприемников выбираем переменный ток с нормальной промышленной частотой (f=50Гц), напряжение 0,4кВ.

2 Расчетно-техническая часть

2.1 Распределение электрических нагрузок по силовым шкафам

Для расчета силовых нагрузок по шкафам необходимо сначала провести разбивку приемников по шкафам, выбрать количество шкафов в соответствии с планом цеха и номинальным током приемников.

Номера шкафов и наименования, подключаемых к ним электроприемников с исходными данными приведены в таблице 2

2.2.1 Расчет нагрузок и токов электроприемников по распределительным пунктам. Выбор и формирование РП.

Расчет нагрузок производим методом коэффициента максимума.

Из ([1], с.36-47, таблица 2.2) или ([5],с.52, таблица 2.11) для групп электроприемников находим коэффициент использования К_и и коэффициент

Таблица 2

№	Наименование	Рном, кВт	КПД	Ки	cosφ	Примеч.
Силовой распределительный пункт №1
21,22	Вентиляторы	10	84	0,6	0,8
4,7	Электроприводы ворот подъёмных	2	86	0,12	0,4	при ПВ =25%
1,3	Краны мостовые	45,53	84	0,1	0,5	при ПВ=60%
Силовой распределительный пункт №2
23,24	Вентиляторы	10	84	0,6	0,8
5	Электроприводы ворот подъёмных	2	86	0,12	0,4	при ПВ =25%
2	Краны мостовые	45,53	84	0,1	0,5	ПВ=60%
Силовой распределительный пункт №3
9÷14	Шлифовальные станки	15	87	0,17	0,65
6	Электроприводы ворот подъёмных	2	86	0,12	0,4	при ПВ =25%
Силовой распределительный пункт №4
15÷20	Шлифовальные станки	15	87	0,17	0,65
8	Электроприводы ворот подъёмных	2	86	0,12	0,4	при ПВ =25%

мощности cos . Коэффициент К_и используем для нахождения сменной мощности Р_см за наиболее загруженную смену.

Находим сменную мощность за наиболее загруженную смену по формуле, кВт

, (1)

где К_и – коэффициент использования электроприемника, по ([5], с.52);

Р_ном – номинальная мощность электроприемника, кВт.

Находим сменную реактивную мощность по формуле, квар

, (2)

где tg – тангенс угла, характеризующего соотношение активных и реактивных мощностей.

Для расчета максимальной нагрузки необходимо найти коэффициент максимума

, (3)

где n_э – эффективное (приведенное) число электроприемников;

К_и.с. – средний коэффициент использования.

Для выбора условия которое определяет метод нахождения эффективного числа электроприёмников n_э необходимо знать количество электроприёмников n, показатель силовой сборки m, средний коэффициент использования K_и.с., а так

же постоянна или не постоянна номинальная мощность электроприёмника Р_ном.

Показатель силовой сборки находится по формуле

, (4)

где Р_номmax – наибольшая мощность электроприемника, кВт;

Р_номmin – наименьшая мощность электроприемника, кВт.

Средний коэффициент использования находится по формуле

, (5)

где Р_см – суммарная сменная мощность электроприемников, кВт;

Р_ном – суммарная номинальная мощность электроприемников, кВт.

В зависимости от количества электроприемников, рассчитанных показателя силовой сборки m и среднего коэффициента использования K_и.с. определяется метод расчета эффективного числа электроприёмников n_э.

При n ≥ 5; Kи.с≥0,2; m ≥3; Рном ≠ const.

Эффективное число электроприемников находится по формуле

, (6)

При n ≥ 5; Kи.с<0,2; m <3; Рном ≠ const.

Эффективное число электроприемников не определяется, Р_мах находится по формуле

, (7)

где К_з’ – Коэффициент загрузки (принимаем равным 0,9).

После нахождения коэффициента максимума находим максимальные нагрузки.

Активную максимальную мощность находим по формуле, кВт

, (8)

Реактивную максимальную мощность рассчитываем формуле с учетом того, что n10, квар

, (9)

Полная максимальная мощность рассчитывается по формуле, кВА

, (10)

Максимальный ток нагрузки рассчитывается по формуле, А

, (11)

где U_ном – номинальное напряжение питания электроприемников, В.

Рассчитаем максимальные и сменные мощности, и максимальный ток шкафа РП1.

Находим сменные мощности для электроприемников подключенных к шкафу РП1 по формуле 1

Р21,22 = 10 х 0,6 х 2 = 12 (кВт)

Р4,7 = 2 х 0,12 х 2= 0,48 (кВт)

Р1,3 = 45,53 х 0.1 х 2 = 9,106 (кВт)

∑Р_см = 12+0,48+9,106=21,58(кВт)

Находим сменную реактивную мощность для электроприемников подключенных к шкафу ПР1 по формуле 4

Q21,22= 12 х 0,75 = 9 (кВар)

Q 4,7 = 0,48 х 2,29 = 1,09 (кВар)

Q1,3= 9,106 х 1,73= 15,75 (кВар)

∑Q_см = 9+1,09+15,75=25,84 (кВар)

По формуле 6 находим показатель силовой сборки

m= 45,53/2 = 22,76

Находим средний коэффициент использования по формуле 7,

Р_ном= 115,06

Р_см= 21,58

Kис=21,58/115,06 = 0,18

Итак, имеем полный набор элементов для выбора условия которое определяет метод расчета n_э

n=6; K_и.с.= 0,18; m=22,76 ; Р_номconst.

При n≥5; K_и.с.<0,2; m>3; Р_номconst Эффективное число электроприемников находится по формуле 6

nэ = n_*э х n=0,9 х 6 =5,64

Принимаем n_э равным 6

Kмах =f(nэ =6; Kис=0,18) = 2,24

По формуле 8 находим активную максимальную мощность

Pmax = 2,24 х 21,58 = 48,33

По формуле 9 находим максимальную реактивную мощность

Qmax = 1,1 х 25,84 = 28,42

По формуле 10 находим максимальную полную мощность

S max = √48,33²+28,42²=56,06

По формуле 11 находим максимальный ток нагрузки

.

Расчет максимальных мощностей и максимального тока электроприемников подключенных к шкафу РП1 на этом закончен.

Производим расчет РП2. По формуле 6 находим показатель силовой сборки

m= 45,53 / 2 = 22,76

Находим средний коэффициент использования по формуле 7, предварительно рассчитав суммарные активные номинальные и сменные мощности

Р_ном=10 х 2+45,53+2=67,53

Р_см=10 х 0,6 х 2 + 2 х 0,12 + 45,53 х 0,1=16,79

∑Q_см = 9+0,54+7,87=17,41 (кВар)

Kис = 16,79 / 67,53 = 0,24

Итак, имеем полный набор элементов для выбора условия которое определяет метод расчета n_э

n=4; K_и.с.= 0,24; m=22,76; Р_номconst.

При n<5; K_и.с>0,2; m>3; Р_номconst Эффективное число электроприемников определяется

Принимаем n_э равным 2

K_max= f(nэ =2; Kис=0,24) = 2,64

Р_мах находится по формуле 8

По формуле 9 находим максимальную реактивную мощность

По формуле 10 находим максимальную полную мощность

По формуле 11 находим максимальный ток нагрузки

.

Расчет максимальных мощностей и максимального тока электроприемников подключенных к шкафу ПР2 на этом закончен.

Производим расчет ПР3.

По формуле 6 находим показатель силовой сборки

m= 15 / 2 = 7,5

Находим средний коэффициент использования по формуле 7, предварительно рассчитав суммарные активные номинальные и сменные мощности

Р_ном=15 х 6 + 2=92

Р_см=0,17 х 15 х 6 +2 х 0,12=15,54

∑Q_см = 15,3 х 1,16 + 0,24 х 2,29 =18,29 (кВар)

Kис = 15,54/ 92= 0,17

Итак, имеем полный набор элементов для выбора условия которое определяет метод расчета n_э

n=7; K_и.с.= 0,17; m=7,5; Р_номconst.

При n>5; K_и.с<0,2; m>3; Р_номconst Эффективное число электроприемников определяется

nэ = n_*э х n=0,94 х 7 =6,58

Принимаем n_э равным 6

K_max= f(nэ =6; Kис=0,17) = 2,64

Р_мах находится по формуле 8

По формуле 9 находим максимальную реактивную мощность

По формуле 10 находим максимальную полную мощность

По формуле 11 находим максимальный ток нагрузки

.

Расчет максимальных мощностей и максимального тока электроприемников подключенных к шкафу ПР3 на этом закончен. Аналогичным образом определяем максимальные мощности по ПР4.

Полученные данные по расчету заносим в таблицу 3.

Макси­мальный ток I, А			Силовой распределительный пункт4			26,75	328,8
Максимальная расчет­ная мощность	Smax, кВА				45,68		216,42
	Qmax, кВар				20,11		115,7
	Рmax, кВт				41,02		183,3
Коэффи­циент мак­симума Kmax						2,64	2,64
Эффектив­ное число электро­приемни­ков nэ						6	1
Средняя макси­мальная мощ­ность за смену		Σ Qсм		0,54	18,29	2,085	104,8
		Σ Рсм		0,24	15,54	15,3	69,46
Тригоно­метриче­ская функ­ция cosφ/tgφ				0,65/1,16	0,4/2,29	0,55/1,5	0,55/1,5
Коэффи­циент исполь­зования Кис				0,17	0,12	0,17	0,18
Модуль сило­вой сборки m						>3	>3
Мощность при ПВ=100%	ΣРном кВт			2	92	90	366,5
	Рном, кВт			2		15
Кол-во ЭП				6	1	7	24
Наименование узлов питания и групп ЭП				Шлифовальные станки	Электропривод ворот	Всего	ИТОГО

2.2.2 Расчет мощности объекта и выбор компенсирующих устройств

Производим расчет компенсации реактивной мощности, так как для, предприятия по требованию энергосберегающей организации cos должен быть 0,95.

Для этого необходимо рассчитать мощность конденсаторной батареи Q_к по формуле 14, кВар.

, (14)

где ∑Р_смсуммарная сменная мощность всего цеха, кВт;

tg_{ср. вз.}тангенс среднего угла сдвига фаз между током и напряжением, определяемый по cos_{ср. вз}, который в свою очередь определяется по формуле 15

tg_устустановочный тангенс, устанавливается системой.

Исходя из данных, производим расчет конденсаторной батареи:

Находим средневзвешенный коэффициент мощности по формуле 1

(15)

.

.

.

Выбираем комплектную конденсаторную установку УК3-0,38-75УЗ на

75 кВар ([1], таблица 5.1)

Определим максимальную мощность всех шкафов. В первую очередь посчитаем средний коэффициент использования для всех шкафов по формуле 16, при n= 24

, (16)

где ∑Р_см – суммарная сменная мощность для всех шкафов;

∑Р_ном – суммарная номинальная мощность для всех шкафов.

.

Тогда показатель силовой сборки m рассчитаем по формуле 17

(17)

Тогда исходя из ([1], таблица 2,13) определим n_э по формуле 6

nэ = n_*э х n=0,026 х 24 =0,624

.Рассчитаем максимальную мощность по формуле 8 для всех шкафов, при n_э=0,624 К_ис=0,198

.

Проведем расчет суммарная максимальная мощность по формуле 8, кВт

∑P_max=2,64 х 69,46 = 183,3

Определим максимальную реактивную мощность по формуле 9

.

Определяем максимальную полную мощность по формуле 10, кВА

.

Определяем максимальную полную мощность после компенсации по формуле, кВА

, (20)

где Q_креактивная мощность конденсаторной батареи, квар

.

Максимальный коэффициент мощности определяем по формуле 15

.

2.2.3 Выбор трансформатора и КТП

Имея максимальную мощность после компенсации, определяем мощность трансформатора с учетом коэффициента загрузки по формуле 21, кВА

, (21)

где S’_max – максимальная компенсированная мощность, кВ^.А;

β_T – коэффициент загрузки, который зависит от категории электроприемников ([4], c.281, таблица 4.6)

β_T = 0,9

.

С учетом мощности выбираем марку трансформатора ТМ – 400/10 ([1], с.214, таблица 2.106).