Расчет электрических нагрузок методом коэффициента максимума

1. Технический раздел.
1. Краткая характеристика цеха.
2. Выбор и обоснование схемы электроснабжения цеха.
2. Расчетный раздел
1. Расчет электрических нагрузок цеха.

Расчет электрических  нагрузок произведем методом коэффициента максимума на примере шинопровода  ШРА-4:

1. Все электроприемники, присоединенные к узлу, разбиваются на однородные по режиму работы с одинаковыми значениями коэффициента использования и коэффициента мощности.

 

2. Определяем количество электроприемников в каждой группе и в целом по расчетному узлу присоединения. Данные заносим в таблицу 2-1.
3. Определяем пределы номинальных мощностей в каждой группе и по узлу в целом. Все электроприемники должны быть приведены к ПВ=100%:

Кран-балка (ДУ): P=8,8*=5,6кВт

Кран 10т (Т2): P=29,2*=14,6кВт

Данные заносим в таблицу 2-1.

4. Находим суммарные мощности каждой группы и узла в целом:

Суммарная мощность группы 1:

∑P_ном=P_нn*n_n=1*16,5+2*12,4+1*32,5+2*3=79,8 кВт

Суммарная мощность узла в  целом:

∑P_ном.уз=79,8+91+14,6=185,4 кВт

5. По таблице принимаем для характерной группы электроприемников коэффициент использования и коэффициент мощности. По cosϕ определяем tgϕ. Данные заносим в таблицу 2-1.

 

6. Для каждой группы однородных электроприемников определяю среднюю активную нагрузку за наиболее загруженную смену, а затем среднюю реактивную:

Средняя активная:

∑P_см= К_и*∑P=0,12*79,8=9,6кВт

Средняя реактивная:

∑Q_см= tgϕ*∑P_см=1,73*9,6=16,6 кВАр

7. Находим суммарные мощности для узла присоединения:

∑P_см.уз=9,6+11,83+0,73=22,1 кВт

∑Q_см.уз=16,6+27,1+1,3=45 кВАр

8. Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования узла:

К_и=₌=0,1 (<0,2)

9. Определяем средневзвешенное значение tgϕ узла:

tgϕ===2; по tgϕ определяю cosϕ=0,44

10. Определяем эффективное число электроприемников:

Модуль силовой сборки:

m===11>3

Количество электроприемников:

n=26>5

Коэффициент использования:

К_и=0.1<0.2

Следовательно:

n_э=n_*э*n

P_{ном.макс1}=32,5 кВт

₌32,5/2=16,25 кВт

P<sub>n`</sub>=16,5*1+32,5*1+22,6*1=71,6кВт 
n`=3 шт

n_*=n`/n=3/29=0,1

P_*= P_n`/∑P_ном.уз=71,6/185,4=0,4

По таблице при n_*=0,1 и P_*=0,4: n_*э=0,47; отсюда n_э=n_*э*n=0,47*29=13 шт

При n_э=13 и К_и=0,1 коэффициент максимума равен: K_м=2,24

 

 

11. С учетом K_м определяем максимальную расчетную мощность:

P_р.уз=K_м*∑P_см.уз=2,24*22,1=49,5 кВт

12. Определяем реактивную расчетную мощность:

Q_р.уз=∑Q_см.уз=45 кВАр, т.к. n_э >10

13. Определяем полную расчетную мощность и ток:

S_р ===66.9 кВА;

I_р===101.6 А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет освещения:

По исходным данным мощность освещения равна: P_ос=45 кВт

Для ламп накаливания К_и=0,8; cosϕ=1 (tgϕ=0)

P_см=К_и* P_ос=0,8*45=36 кВт

Итого на стороне  низкого напряжения:

∑P=∑P_ном1+∑P_ном2+…+∑P_номn=38,7+38+245+9,7+65,8+158,7+135+185,4+

+245,6+45 = 1166,9кВт

∑P_см=∑P_см1+∑P_см2+…+∑P_смn=9,2+4,6+62,8+1,6+13,1+58,1+31,34+22,1+33,8+

+36 = 272,5 кВт

∑Q_см =∑Q_см1+∑Q_см2+…+∑Q_смn=12,6+7,75+73,4+2,6+23,2+49+43,5+45+50,4=

=284 кВАр

tgϕ===1,04

Расчетную активную, реактивную, полную мощность и ток находим  аналогично расчетам шинопроводов. Результату заносим в таблицу 2-1.

∑P_р.нн =305 кВт

∑Q_р.нн =284,4 кВАр

∑S_р.нн =417 кВА

I_р.нн=633,9 А

Расчет потерь мощности в трансформаторе:

∆P_т=0,02*S_р=0,02*417=8,3 кВт

∆Q_т=0,1*S_р=0,1*417=41,7 кВАр

Итого на стороне  ВН до компенсации:

∑P_р =∑P_р.нн+∆P_т=305+8,3=314 кВт

∑Q_р =∑Q_р.нн+∆Q_т=284,4+41,7=326 кВАр

S_р ===452 кВА;

I_р ===687,4 А

 

2. Компенсация реактивной мощности.

Расчет и выбор  компенсационных конденсаторных установок:

Q_к=P_р.вн(tgϕ_р- tgϕ_э)=314*(1,04-0,4)=200 кВАр

tgϕ_р= Q_р.вн/ P_р.вн=326/314=1,04

Выбираем конденсаторную установку:

Выбераем УК2-0,4-200У3

Типономинал	Номинальное напряжение, Uном	Мощность, квар	Номинальный ток, А	Ток для  выбора кабеля, А (1,43*Iном)	Масса, кг	Габаритный  чертёж
УК2-0,4-200У3	400	200	289	413	90	36

 

Итого: Q’_к=200 кВАр

 

 

Итого на стороне  высокого напряжения после компенсации:

S_р===338 кВА

I_р===513,5 А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор числа и мощности трансформаторов:

При наличии II и III групп электроприемников рекомендуемый коэффициент нагрузки:

β=0,9

При этом мощность трансформатора:

S_т===375,5 кВА

Выбираем трансформатор  мощностью 400 кВА

 

Основные технические  характеристики трансформатора ТМ-400.

Тип	Номинальная мощность, кВА	Номинальное высшее напряжение, кВ	Номинальное низшее напряжение, кВ	Потери холостого хода, кВт.	Потери короткого замыкания, кВт.	Ток холостого хода, %	Напряжение короткого  замыкания, %	Схема и группа соединения обмоток
ТМ-400/10/0,4	400	10	0,4	0,9	5,9	1,8	4,5	Д/Ун-11

 

Расчетный коэффициент загрузки трансформатора:

β=₌=0.84

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет и выбор питающего кабеля:

I_р===19,5А

Определим сечение проводника по экономической плотности тока:

F_эк= = = 11,4 мм² (ј_эк=1,7 А/мм² для алюминиевых жил)

Выбираем кабель АСБ 10кВ 3x16мм², I_доп=75А

Проверка кабеля на нагрев:

При выборе кабеля должно выполняться условие I_доп ≥ I_р, 75А > 19,5А

Потери напряжения не должны превышать 5%:

∆U%<5%

∆U%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=

=0,002∙(1,4∙0,93+0,056∙0,34)∙100%=0,26% <5%

∑r₀=1,98∙0,7=1,4 Ом

∑x₀=0,08∙0,7=0,056 Ом

Проверка на термическую  устойчивость:

F_min=(I_к∙)/С=(3700∙)/85=16мм²

F_р= F_min=16мм² следовательно кабель подходит

F_р – расчетное сечение кабеля

F_min – минимальное сечение кабеля

- время действия  защиты

 

 

 

 

 

5. Конструктивное выполнение цеховой сети и трансформаторной подстанции…

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.  Расчет магистральной и распределительной сети цеха.

 

Магистральный шинопровод выбираем по полному расчетному току цеха на стороне высокого напряжения:

Расчетный ток ШМА-1: I_p=513,5А

Выбираем магистральный шинопровод ШМА-4-1250:

I_ном=1250А > I_p=513,5А

 

Показатель
Номинальный ток, А, для исполнения: У3  Т3	1250/1100
Амплитудное значение тока короткого замыкания, кА	50
Сопротивление фазы (среднее) при номинальном токе и  установившемся режиме, Ом/км:
активное	0,033
индуктивное	0,018
полное	0,038

 

 

Проверка шинопровода  на потери напряжения.

При проверке на нагрев должно выполняться условие: ∆U% < 1.5%

∆U%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=

=0,06∙(0,0008∙0,93+0,0004∙0,34)∙100%=0,005% < 1,5%

∑r₀=0,033∙0,0236=0,0008 Ом

∑x₀=0,018∙0,0236=0,0004 Ом

 

 

 

 

 

 

 

Расчет распределительной  сети.

Произведем расчет на примере шинопровода ШРА-1:

Расчетный ток шинопровода: I_p=227А

Выбираем ШРА-73-250 I_ном=250А > I_p=227А

Проверка шинопровода на нагрев:

∆U%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=

=0,03∙(0,007∙0,6+0,007∙0,8)∙100%=0,031% < 2%

∑r₀=0,21∙0,032=0,007 Ом

∑x₀=0,21∙0,032=0,007 Ом

 

Основные технические  данные приведены в таблице.

Показатели	Для шинопровода  на номинальный ток, А
	250	400	630
Электродинамическая стойкость (амплитудное значение), кА	15	25	35
Размеры шин, мм	35x5	50x5	80x5
Сопротивление на фазу. Ом/км
активное	0,21	0,15	0,10
индуктивное	0,21	0,17	0,13

 

Для оставшихся шинопроводов расчеты производим аналогично. Данные заносим в таблицу 2-2.

 

 

 

 

 

 

 

Выбор кабеля или провода до распределительного шкафа:

ШР-1:

Расчетный ток: I_p=8,5А

Выбираем провод ПВ 1мм², I_ном=14А

Проверка на нагрев:

∆U%====0.001%

Где P-мощность токоприемника, l-длина кабеля, С-коэффициент, F-сечение кабеля

Для ШР-2 рассчитываем аналогично. Данные заносим в таблицу 2-2.

 

 

Расчет ответвлений  к токоприемникам от распределительных  шинопроводов.

Проводка к отдельным  потребителям выполняется проводом или кабелем с алюминиевыми жилами при нормальных условиях среды. Для имеющихся токоприемников с асинхронными двигателями с заданной мощностью зададимся значениями КПД η=0,85 и коэффициентом мощности cosϕ=0,82…0,87

Определим расчетный ток токоприемника на примере ШРА-1:

Привод компрессора: I_р===163,5А

Выбираем провод АПВ-4(1x95мм²), I_ном=175А

Проверка провода  на нагрев:

∆U%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=∙(r₀∙cosϕ+x₀∙sinϕ)∙100%=

=0,004∙(0,002∙0,82+0,00028∙0,6)∙100%=0,0008% < 2%

∑r₀=0,34∙0,0059=0,002 Ом

∑x₀=0,08∙0,0059=0,00028 Ом

Для всех остальных электроприемников  рассчитываем аналогично. Данные заносим в таблицу 2-3.

 

 

 

Выбор защитных аппаратов.

Для защиты ответвлений к  токоприемникам выбираем предохранители.

Условия выбора плавких  предохранителей:

1. Для защиты линии к одиночному электроприемнику (не двигатель) не имеющего пускового тока:

 I_{ном.вст}≥I_ном.эп.

2. Для защиты линии к группе электроприемников, не имеющих пускового тока:

I_{ном.вст}≥I_р

3. Для защиты линии к одиночному электродвигателю:

I_{ном.вст}≥I_пуск/α

 

4. Для защиты линии к группе электродвигателей:

I_{ном.вст}≥I_пик/α

Iном.вст – номинальный ток плавкой вставки предохранителя

I_ном.эп. – номинальный ток электроприемника

I_р – расчетный максимальный ток нагрузки

I_пуск = K_п∙ I_ном; I_ном – номинальный ток двигателя, K_п – кратность пускового тока (3-5 для АД)

I_пик – пиковый ток группы электроприемников

I_пик=I’_пуск+

 – суммарный ток без номинального тока наибольшего по мощности двигателя.

I’_пуск – наибольший пусковой ток одного двигателя группы

α – коэффициент, зависящий от условий и длительности пускового периода:

α=2.5 – для легких пусков (длительность пуска до 2.5 с), а так же при редких пусках (насосы, вентиляторы, станки и т.д.)

α=1.6 – для тяжелых условий пусков (более 2.5 с), а так же при частых пусках (более 15 раз в час), с частыми реверсами (краны, дробилки, центрифуги и т.д.)