Определение расчетных электрических нагрузок

Выбор схемы электроснабжения

Для принятия решений по схеме электроснабжения учитывают категорию зданий по надежности электроснабжения, территориальное размещение потребителей, их мощность, количество отходящих линий от трансформаторной подстанции.

Максимальное количество отходящих линий от трансформаторной подстанции не должно превышать 16. Принимают во внимание также, что одна из линий занимается для подключения панели наружного освещения, т. е. общее количество отходящих линий трансформаторной подстанции равняется 15.

Рассмотрим потребителей электроэнергии микрорайона по обеспечению надежности их электроснабжения. Три 5-этажных жилых дома, относящихся к III категории, могут быть подключены по наиболее простой “кольцевой” схеме, так как они не имеют силовых электроприемников и нет необходимости отделения осветительной нагрузки от силовой. Для этого от трансформаторной подстанции предусматривают прокладку по одному кабелю к каждому дому. Между ними прокладываются 2 перемычки, позволяющие не нарушать электроснабжение любого из этих домов при выходе из строя одного из питающих кабелей. При выборе сечения этих кабелей необходимо учитывать суммарную нагрузку от трех домов. Сечение перемычки выбирается по наибольшей нагрузке.

Для подключения крупных потребителей – школы, детского сада – яслей, находящихся в противоположных направлениях от трансформаторной подстанции, – используют радиальную схему. Сечение каждого из кабелей должно определяться исходя из полной нагрузки потребителя. В нормальном режиме распределение нагрузки на оба кабеля должно быть примерно равным.

При определении трасс кабельных линий по территории микрорайона следует помнить, что наименьший расход кабеля и соответственно минимальные капитальные затраты будут при кратчайшем расстоянии от трансформаторной подстанции до потребителей. В то же время нужно учитывать, что в микрорайоне, кроме электрических сетей, прокладываются и другие инженерные коммуникации (водопровод, хозяйственно – бытовая и дождевая канализации, тепловые сети, сетьгазоснабжения, сеть телефонизации). Все эти сети имеют “узаконенное” место относительно дворового фасада здания. Поэтому электрические линии, имеющие одинаковое направление, должны прокладываться в одной траншее. План расположения электрических сетей при проектировании микрорайона в обязательном порядке согласуется с разработчиками других инженерных сетей.

Составленная схема электроснабжения - не единственно возможный вариант, могут быть разработаны и другие варианты схем. Наилучшей схемой будет та, которая при обеспечении нормативных требований по надежности электроснабжения, качеству электрической энергии окажется более простой и экономичной.

Пример выбора числа и мощности трансформаторов ТП

При выборе трансформаторов учитываем категорию надёжности электропотребителей. Для 1-й категории оптимальный коэффициент загрузки составляет Кз=0,6-0,7; для 2-й категории – Кз=0,7-0,8; для 3-й категории – К_з=0,9-0,95.

Исходя из величины полной нагрузки ТП S_P=576,289 кВ∙А, примем к рассмотрению трансформаторы мощностью 400, 630, 250 кВ∙А.

 

Вариант 1. S_НТ=400 кВ∙А;

Минимальное число трансформаторов определяется по формуле:

,

где S_р – расчетная полная нагрузка подстанции, кВт; К_З - коэффициент загрузки трансформаторов, принимается в зависимости от категории надежности потребителей электроэнергии; S_ном.т - номинальная мощность трансформатора, кВ×А.

Коэффициент загрузки выбираем 0,7 с учетом категории надежности электропотребителей.

 

=2,1.

 

принимаем к установке 2 трансформатора.

 

Определим фактический коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме:

 

;

=0,720.

 

Коэффициент загрузки трансформатора в послеаварийном режиме составит:

 

;

= =1,400.

 

Результаты расчета других вариантов числа и выбора мощности трансформаторов приведены в таблице.

Таблица

Техническое обоснование вариантов ТП

Параметр	Размерность	Вариант1	Вариант2	Вариант3	Вариант4
		2× 400	2× 630	3× 250	3× 400
SР	кВ∙А	576,289	576,289	576,289	576,289
SНОМ	кВ∙А	400	630	250	400
N	шт	2	2	3	3
КЗ	–	0,720	0,457	0,768	0,480
КЗ.ПАВ	–	1,400	0,915	1,153	0,720
Доля отключенных потребителей IIIкатегории в послеаварийном режиме	%	2,8	0	0	0

 

Цель практического занятия: Рассчитать нагрузки цеха, рассчитать мощность и выбрать трансформаторы по справочной литературе.

Число трансформаторов, как и число питающих линий, определяют в зависимости от категории электроприемников. Наиболее просты и дешевы

1 - трансформаторные подстанции. При наличии складского резерва или связей на вторичном напряжении эти подстанции обеспечивают надежное электроснабжение потребителей II и III категории.

Если основную нагрузку обеспечивают потребители I и II категории, то принимают 2 – трансформаторные подстанции.

При выборе мощности трансформатора необходимо исходить из:

- экономической нагрузки,

- допустимой нагрузки,

- числа часов использования максимума нагрузки,

- темпов роста нагрузки,

- расчетной нагрузки.

Поскольку к моменту проектирования все указанные факторы определить нельзя, мощность трансформатора выбирают следующим образом.

1. Номинальная мощность трансформаторов (S _н.т.) определяется

по средней нагрузке (S _{см .}) за максимально загруженную смену

S _н.т. ≥

где N – число трансформаторов

К_з – коэффициент загрузки – отношение фактической нагрузки

трансформатора (S_ф) к его номинальной мощности (S _н.т.).

К_з =

Рекомендуется принимать:

К_з = 0,65…0,7 при преобладании нагрузок I категории двух трансформаторной подстанции.

К_з = 0,7…0,8 при преобладании нагрузок II категории для однотрансформаторных подстанций при взаимном резервировании на НН (на стороне низкого напряжения).

К_з = 0,9…0,95 при преобладании нагрузок II категории и наличии складского резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории.

Следует учесть, что для проектируемых подстанций, если неизвестен график нагрузки потребителей, мощность трансформаторов выбирают на основании расчетной максимальной нагрузки т.е.

S _н.т. ≥

2. Выбранная мощность проверяется по загрузке в аварийном режиме.

При выходе из строя одного трансформатора или линии, второй трансформатор может быть перегружен не более чем на 40 % в течение 5 суток при работе в таком режиме по 6 часов каждые сутки.

К_{з.а .( %)} = ≤ 140 %

где S_{(I и II)} – мощность электроприемников I и II категории

N – число трансформаторов

К_{з.а .( %)} – коэффициент загрузки в аварийном режиме в %

Пример (вариант №5).

 

Дано: Выполнить расчет электрических нагрузок цеха, рассчитать мощность и выбрать трансформатор для питания приемников цеха. График нагрузки не известен. Количество приемников I категории 20 %, II категории 40 %, III категории 40 %.

План цеха, для которого необходимо произвести выбор трансформатора, приведен в ПЗ № 3. К расчету принять приемники цеха без приемников участка, т. е. без тех, которые учтены в ПЗ №3.

 

Таблица 1 (вариантов).

№ варианта	1,6,11,16,21	2,7,12,17,22	3,8,13,18,23	4,9,14,19,24	5,10,15,20,25
Оси участка	А – Б 4 – 5	Б – Г 4 – 5	А – Б 3 – 4	Б – Г 3 – 4	А – В 1– 2

 

Заданные оси для варианта № 5: А – В, 1 – 2. В цехе в соответствии с его планом и перечнем оборудования (таблица 4 ПЗ № 3) номера приемников следующие:

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,

33,34,35,36,37,38.

 

Решение:

1. Определяем нагрузки цеха и заполняем таблицу 2.

2. Определяем максимальную расчетную нагрузку, данные расчета сводим в таблицу 3, при этом:

- все ЭП группируются по характерным категориям независимо от мощности ЭП.

- т. к. количество ЭП значительно, то эффективное число электроприемников определяем по упрощенной формуле:

n_э =

Таблица 2. Нагрузки цеха. Практическая работа. № 4

№ п/п	Наименование приемников	Количество	Мощность одного приемника, кВт	Общая установленная мощность, кВт	Группа
1.	Токарно-центровой станок		28+1,7	29,7	т
2.	Токарно-центровой станок		14+1		т
3.	Токарно-центровой станок		10+1		т
4.	Токарно-центровой станок		10+1		т
5.	Токарно-центровой станок		10+1		т
6.	Токарно-центровой станок		10+1		т
7.	Токарно-револьверный станок		5,5+1,5		т
8.	Токарно-револьверный станок		5,5+1,5		т
9.	Горизонтально-расточный станок		1 0		р
10.	Зубофрезерный станок		4,5	4,5	ф
11.	Консольно-фрезерный станок		5,5+1,1	6,6	ф
12.	Консольно-фрезерный станок		10+2,8	12,8	ф
13.	Горизонтально-фрезерный станок		7+1,7	8,7	ф
14.	Вертикально-фрезерный станок		5,5+1,1	6,6	ф
15.	Широкоуниверсальный. фрезерный станок		2,8	2,8	ф
16.	Широкоуниверсальный. фрезерный станок		1,7	1,7	ф
17.	Радиально-сверлильный станок		1,7	1,7	св.
18.	Вертикально-сверлильный станок		4,5	4,5	св.
19.	Вертикально-сверлильный станок				св.
20.	Поперечно-строгальный станок		4,5	4,5	ст.

Продолжение таблицы 2. Нагрузки цеха. Практическая работа. № 4

21.	Поперечно-строгальный станок		7+1		ст.
22.	Долбежный станок				дол.
23.	Универсальный плоскошлифовальный станок		1,7+1	2,7	ш
24.	Универсальный круглошлифовальный станок		4,5+1+1,7+0,76	7,96	ш
25.	Плоскошлифовальный станок		14+4,5+1	19,5	ш
26.	Плоскошлифовальный станок		28+4,5+ 1+1,7+0,6	35,8	ш
27.	Обдирочно-точильный станок		1,7	3,4	тч
28.	Обдирочно-шлифовальный станок		2,8	5,6	ш
29.	Заточный станок		1,7+1+1	3,7	тч
30.	Дисковая пила		7+1,7	8,7	д.п.
31.	Приводная ножовка		1,7	1,7	ст.
32.	Настольно – сверлильный станок		0,6	1,8	св.
33.	Сварочный трансформатор				тс
34.	Токарно-центровой станок		1,7	1,7	т
35.	Настольно – сверлильный станок		0,6	0,6	св.
36.	Универсально – заточной станок		1,7 + 0,4	2,1	тч
37.	Обдирочноточильный станок		1,7	1,7	тч
38.	Точильный станок в напольном исполнении		2,7	2,7	тч

n_э = = 23,3

- значение К_р определяем по таблице 4 (ПЗ № 3)

Полная расчетная мощность составит: S_р = 106,2 кВ·А

Таблица 3. Расчет электрических нагрузок (форма Ф636 – 92). Практическая работа № 4

Исходные данные	Расчетные величины	Эффективное число ЭП** nэ =	Коэффициент расчетной нагрузки Кр	Расчетная мощность	Расчетный ток, А Iр =
по заданию технологов	по справочным данным	Ки·Рн	Ки·Рн·tgφ	n ·рн^2	Активная, кВт Рр=КрΣ КиРн	Реактивная, кВ·Ар** Qр = 1,1Σ КиРнtgφ при nэ ≤ 10; Qр = Σ КиРнtgφ при nэ> 10; Не так	Полная, кВ·А Sр =
Наименование ЭП	Количество ЭП, шт.* n	Номинальная (установленная) мощность, кВт	Коэффициент использования Ки	Коэффициент реактивной мощности
одного ЭП, рн	общая, Рн=n ·рн
Группа метало- режущих станков (токарные, расточные, фрезерные, сверлильные строгальные долбежные)		0,6-28	217,9	0,14	0,45 1,99	30,5	60,7
Группа шлиф. станков		0,6-28	71,6	0,17	0,65 1,17	12,2	14,3
Группа точильных станков		0,4-2,7	13,6	0,12	0,6 1,32	1,6	2,1
Дисковая пила		1,7 - 7	8,7	0,13	0,45 1,99	1,1	2,2
Сварочный трансфор.				0,2	0,4 2,29		6,9
Итого		0,6-28	326,8	0,15	0,4 2,29	48,4	86,2		23,3 → 23	1,3	62,9	86,2	106,7

3. Определяем мощность трансформатора без учета компенсации реактивной мощности. По условию задания в цехе преобладают приемники I и II категорий, следовательно, можно принять количество трансформаторов N = 1 при взаимном резервировании на стороне НН. Мощность трансформатора определим по формуле:

S _н.т. ≥ = = 133,4 кВ∙А

Принимаем к установке масляный трансформатор типа ТМ – 160. 4. Проверяем трансформатор по загрузке в аварийном режиме. Суммарная мощность приемников I и II категорий S_{(I,и II)} по условию составляет 20 + 40 = 60 % или 106,2 х 0,6 = 63,72 кВ·А. Принимаем, что на резервируемой линии – аналогичная нагрузка, т. е. суммарная нагрузка в аварийном режиме составит 63,72 х 2 = 127,4 кВ·А

К_{з.а .( %)} = = 79,6 %

79,6 %≤ 140 %,

Следовательно, выбранный трансформатор 160 кВ·А обеспечивают электроснабжение цеха в нормальном и аварийном режимах.

Результирующий расчет нагрузок заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Форма Ф202 - 90 (РТМ 36.18.32.4 – 92).

Наименование	cosφ tgφ	Расчетная нагрузка	Количество и мощность трансформаторов, шт.х кВ·А
кВт	кВ·Ар	кВ·А
ТМ - 160	0,4 2,29		86,2	106,2	1 х 160

Задание для самостоятельной работы:

1. Составить перечень электроприемников цеха в форме таблицы.

2. Выполнить расчет электрических нагрузок цеха (без нагрузок участка своего

варианта) в форме таблицы.

3. Выбрать количество и мощность трансформаторов.

4. Проверить выбранные трансформаторы по нагрузке в аварийном режиме.

5. Отчет должен иметь титульный лист, наименование и цель работы и

оформлен согласно одному из разобранных примеров.

Электроприемники по категориям для всех вариантов распределены в следующем соотношении:

- I категория – 20 %

- II категория – 40 %

- III категория – 40 %

Таблица 5. Значения коэффициентов расчетной нагрузки К_р на шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинороводов напряжением до 1 кВ (РТМ 36.18.32.4 – 92). Практическая работа № 4

nэ	Коэффициент использования Ки
0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7 и более
		5,33		2,67		1,6	1,33	1,14
	5,01	3,44	2,69	1,9	1,52	1,24	1,11
	2,94	2,17	1,8	1,42	1,23	1,14	1,08
	2,28	1,73	1,46	1,19	1,06	1,04		0,97
	1,31	1,12	1,02		0,98	0,96	0,94	0,93
6 – 8	1,2		0,96	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91
9 – 10	1,1	0,97	0,91	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
10 – 25	0,8	0,8	0,8	0,85	0,85	0,85	0,9	0,9
25 – 50	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,8	0,85	0,85
Более 50	0,65	0,65	0,65	0,7	0,7	0,75	0,8	0,8

Таблица___. Перечень электроприемников цеха. Заготовка

№ по плану	Наименование приемников	Кол-во	Мощность одного приемника, кВт	Общая установленная мощность, кВт	Группа
1.	Токарно-центровой станок		28 + 1,7	29,7	Т
2.	Токарно-центровой станок		14 + 1		Т
3.	Токарно-центровой станок		10 + 1		Т
4.	Токарно-центровой станок		10 + 1		Т
5.	Токарно-центровой станок		10 + 1		Т
6.	Токарно-центровой станок		10 + 1		Т
7.	Токарно-револьверный станок		5,5 + 1,5		Т
8.	Токарно-револьверный станок		5,5 + 1,5		Т
9.	Горизонтально-расточный станок		1 0		Р
10.	Зубо - фрезерный станок		4,5	4,5	Ф
11.	Консольно-фрезерный станок		5,5 + 1,1	6,6	Ф
12.	Консольно-фрезерный станок		10 + 2,8	12,8	Ф
13.	Горизонтально-фрезерный станок		7 + 1,7	8,7	Ф
14.	Вертикально-фрезерный станок		5,5 + 1,1	6,6	Ф
15.	Широкоунивер. фрез. станок		2,8	2,8	Ф
16.	Широкоунивер. фрез. станок		1,7	1,7	Ф
17.	Радиально-сверлильный станок		1,7	1,7	Сверл.
18.	Вертикально-сверлильный станок		4,5	4,5	Сверл.
19.	Вертикально-сверлильный станок				Сверл.
20.	Поперечно-строгальный станок		4,5	4,5	Стр.
21.	Поперечно-строгальный станок		7 + 1		Стр.
22.	Долбежный станок				Долб.
23.	Универсальный плоско-шлифовальный станок		1,7 + 1	2,7	Ш
24.	Универсальный кругло-шлифовальный станок		4,5 + 1 + 1,7 + 0,76	7,96	Ш
25.	Плоскошлифовальный станок		14 + 4,5 + 1	19,5	Ш
26.	Плоскошлифовальный станок		28 + 4,5 +1+ 1,7 + 0,6	35,8	Ш
27.	Обдирочно-точильный станок		1,7	3,4	Тч.
28.	Обдирочно-шлифовальный станок		2,8	5,6	Ш
29.	Заточный станок		1,7 + 1 + 1	3,7	Тч.
30.	Дисковая пила		7 + 1,7	8,7	Д.П.

Продолжение таблицы ___. Перечень электроприемников цеха. Заготовка

31.	Приводная ножовка		1,7	1,7	Стр.
32.	Настольно-сверл. станок		0,6	1,8	Сверл.
33.	Сварочный трансформатор				Свароч. трансфор.
34.	Токарно-центровой станок		1,7	1,7	Т
35.	Настольно-сверлильный станок		0,6	0,6	Сверл.
36.	Универсально-заточный станок		1,7 + 0,4	2,1	Тч
37.	Обдирочно-точильный станок		1,7	1,7	Тч
38.	Точильный станок в настольном исполнении		2,7	2,7	Тч
39.	Сушильный шкаф для якорей и статоров электродвигателей		2,8	2,8	Шкафы
40.	Стенд для статической балансировки				Стенды
41.	Шкаф для обдувки пыли				Вент. обор.
42.	Стенд для испытания электродвигателей.				Стенды
43.	Трубогибочный станок		4,5	4,5	Прессы
44.	Зигмашина		1,7	1,7	Прессы
45.	Машина листогибочная		2,8	2,8	Прессы
46.	Фальцепрокатный станок		4,5	4,5	Прессы
47.	Пневматический молот				Молот
48.	Пресс		2,8 + 1	3,8	Прессы
49.	Печь электрическая				Печи
50.	Сварочный трансформатор				Св.тр-р
51.	Сварочный преобразователь				Св.тр-р
52.	Станок для резки арматуры		2,8	2,8	Прессы
53.	Комбинированные прессножницы		3,2	3,2	Прессы

	Группа токарных станков	Ки = 0,14	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Горизонтально – расточный станок	Ки = 0,14	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Группа фрезерных станков	Ки = 0,14	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Группа сверлильных станков	Ки = 0,14	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Группа строгальных станков	Ки = 0,14	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Долбежный станок	Ки = 0,14	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Группа шлифовальных станков	Ки = 0,17	cos φ = 0,65	tg φ = 1,17
	Группа точильных станков	Ки = 0,12	cos φ = 0,6	tg φ = 1,32
	Дисковая пила	Ки = 0,13	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Приводная ножовка	Ки = 0,13	cos φ = 0,45	tg φ = 1,99
	Группа сварочных трансформаторов	Ки = 0,2	cos φ = 0,4	tg φ = 2,29
	Сушильный шкаф	Ки = 0,8	cos φ = 0,95	tg φ = 0,33
	Шкаф для обдувки пыли, пылесос	Ки = 0,06	cos φ = 0,5	tg φ = 1,73
	Стенды	Ки = 0,5	cos φ = 0,5	tg φ = 1,73
	Группа прессов	Ки = 0,17	cos φ = 0,65	tg φ = 1,17
	Молот	Ки = 0,24	cos φ = 0,65	tg φ = 1,17
	Группа печей	Ки = 0,5	cos φ = 0,95	tg φ = 0,33

Таблица 3. Расчет электрических нагрузок (форма Ф636 – 92). Заготовка

Исходные данные	Расчетные величины	Эффективное число ЭП** nэ =	Коэффициент расчетной нагрузки Кр	Расчетная мощность	Расчетный ток, А Iр =
по заданию технологов	по справочным данным	Ки·Рн	Ки·Рн·tgφ	n ·рн^2	Активная, кВт Рр=КрΣ КиРн	Реактивная, кВ·Ар** Qр = 1,1Σ КиРнtgφ при nэ ≤ 10; Qр = Σ КиРнtgφ при nэ > 10;	Полная, кВ·А Sр=
Наименование ЭП	Количество ЭП, шт.* n	Номинальная (установленная) мощность, кВт	Коэффициент использования Ки	Коэффициент реактивной мощности
одного ЭП, рн	общая, Рн=n ·рн
Фрезерный станок		6,6	6,6	0,14	0,45 1,99	0,92	1,83	43,6
Электрический кран		19,2	19,2	0,1	0,5 1,73	1,92	3,32	368,6
Вентилятор				0,65	0,8 0,75	1,95	1,46
Сварочный трансформатор		14,4	14,4	0,2	0,4 2,2	2,88	6,34	207,4
Пылесос				0,06	0,5 1,73	0,24	0,42
Итого			47,2	0,31		7,91	13,37	644,6	3,5 → 3	2,3	18,2→19,2	14,7	24,2	36,8

Заготовка таблицы 3. Старая Расчет нагрузок.

Наименование групп приемников

Колич. приемников, n

Установленная мощность при ПВ =100%, кВт

Модуль силовой, сборки m

Ки

Средняя мощность за максимально загруженную смену

Эффективное число приемников, nэ

Кмакс

Максимальная расчетная мощность

Макси- мальный расчет- ный ток Iмакс, А

одного приемника Рном

общая рабочая Σ Рном

актив. Рсм, кВт

реакт. Qсм, кВ·Ар

актив. Рмакс, кВт

реактив. Qмакс кВ·Ар

полная Sмакс, к·ВА

Таблица 5. Старая Формулы определения n_э. Практическая работа № 1