Расчет электрических нагрузок

Основным этапом проектирования системы электроснабжения промышленных предприятий является определение ожидаемых (расчётных) значений электрических нагрузок. Они не являются простой суммой установленных (номинальных) мощностей электроприёмников. Это обусловлено неполной загрузкой некоторых электроприёмников, неодновременностью их работы, вероятностным случайным характером включения и отключения электроприёмников и т.п.

Расчет ведется методом коэффициента спроса.

Для трехфазных электроприёмников, заданных полной мощностью (силовых, печных, сварочных трансформаторов и др.) номинальная мощность определяется по формуле:

, кВт                                       (2)

Номинальные мощности всех электроприёмников (электрических кранов, тельферов, электрических лифтов, пожарных насосов и др.) работающих в повторно-кратковременно режиме приводятся ПВ=100% по формуле:

                                     Р_н = Р_эп·  , кВт                               (3)

Если задан однофазный электроприёмник необходимо привести его к трёхфазному режиму:

Для этого определяются наибольшую и наименьшую загрузку фазы и находят величину неравномерности по формуле:

                       Н_.=                                       (4)        

Затем определяется условная трёхфазная мощность:

При Н˃15% и включении на фазное напряжение по формуле

Р_н=3 ,кВт                                       (5)

 При Н≤15% расчет ведется как для трехфазных нагрузок.

С уммарная установленная мощность определяется по формуле:

∑P_н = P_н · n, кВт                                         (6)

где: Р_н - номинальная активная мощность, кВт;

n - фактическое число электроприемников в группе.

Активная мощность определяется для каждого наименования ЭП по формуле:

P_р= К_с · ΣP_н, кВт                                      (7)

где: К_с - коэффициент спроса электроприемников.

Реактивная мощность определяется за наиболее загруженную смену по формуле:

Q_р = Р_р · tgφ, квар                                             (8)

где: tgφ - коэффициент реактивной мощности.

По каждому РП суммируется ΣP_н, ΣР_р, ΣQ_р по каждому столбцу.

Определяется полная расчетная мощность по формуле:

    S_р= , кВА                                    (9)

Расчётный максимальный ток для электроприёмников переменного тока определяется по следующей формуле:

I_м = , А                                                       (10)

Все рассчитанные данные сведены в таблицу 3.

 

 

Таблица 3 –Сводная ведомость нагрузок

 

Электроприемник	Нагрузка установленная							Нагрузка расчетная
	Рэп,кВт	n	Pн	∑Pн, кВт	Кс	сosφ	tgφ	Рр,кВт	Qр, квар	Sр, кВА	Iм, А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
РП 1
Плоскошлифовальные станки	28	6	16,8	100,8	0.2	0.6	1.33	20,16	9.9
Итого по РП 1				100,8				20,16	26,8	33,5	50,9
РП 2
Токарные станки	8.5	3	4.3	12.9	0.16	0.5	1.73	2.06	3.6
Вентиляторы	4.5	3	3.6	10.8	0.7	0.8	0.75	7.56	5.67
Электропривод раздвижных ворот	4	3	1	3	0.2	0.5	1.73	0.6	1
Итого по РП 2				26.7				10.22	10.27	14.5	22.3
РП 3
Круглошлифовальные станки	9.6	2	5.8	11.6	0.2	0.6	1.33	2.32	3.09
Внутришлифовальные станки	10.4	2	6.2	12.4	0.2	0.6	1.33	2.48	3.3
Кран-балка	12	1	3.8	3.8	0.2	0.5	1.73	0.8	1.4
Заточные станки	2.8	4	1.4	5.6	0.16	0.5	1.73	0.9	1.56
Итого по РП 3				33.4				6.44	9.35	11.4	17.5
РП 4
Круглошлифовальные станки	9.6	3	5.8	17.3	0.2	0.6	1.33	3.5	4.6
Внутришлифовальные станки	10.4	4	6.2	25	0.2	0.6	1.33	5	6.7
Итого по РП 4				42.3				8.5	11.3	14.1	21.5
РП 5
Универсальные заточные станки	3.5	3	2.1	6.3	0.2	0.6	1.33	1.26	1.68
Заточные станки для фрезерных головок	3.2	2	2.1	4.2	0.25	0.65	1.17	1.05	1.23
Заточные станки для червячных фрез	8	2	5.2	10.4	0.25	0.65	1.17	2.6	3.04
Резьбошлифовальные станки	5.2	2	3.1	6.2	0.2	0.6	1.33	1.24	1.65
Итого по РП 5				27.1				6.15	7.6	9.8
ШОС	-	-		2.25	0,85	0,95	0,33	43.7	14,4	46	70
Итого по ШНН	-	-		-	-	-	-	95.2	79,7	129

 

Рассчитываем реактивную мощность компенсирующего устройства:

𝑄кр=𝛼∙Рр(𝑡𝑔𝞿−𝑡𝑔𝝋𝒌),квар (10,1)

где 𝛼=0,9 –коэффициент, учитывающий повышение коэффициента мощ-ности естественным способом;

𝑡𝑔𝜑 и 𝑡𝑔𝜑𝑘- коэффициенты реактивной мощности до и после конпенса-ции;

Рр – расчетная активная мощность, кВт.

𝑄кр=0,9∙95.2(1,38-0,325)=90.4(квар)

По найденному значению реактивной мощности, используя справочник выбираем марку компенсирующего устройства УК2-0,38-50.

 

По найденному значению Sр выбираем марку трансформатора так, чтобы его мощность была больше  рассчитанной.

Записав марку выбранного трансформатора, необходимо выписать его параметры в таблицу 4.

Таблица 4 – Параметры выбранного трансформатора

Количество	Тип	Sт, кВА	U1,кВ	U2,кВ	Δ Pк.з. кВт	ΔPх.х., кВт	Uк.з., %	Iх.х., %
1	ТМ-100/10/0,4	100	10	0.4	1970	330	4.5	2.6

Выбор аппаратуры защиты

Электроприёмники и участки сети должны быть защищены автоматическими выключателями. Для их выбора необходимо рассчитать токи на отходящих линиях.

Рассчитываем и выбираем автомат для линии трансформатор – ШНН (1SF).

Ток трансформатора рассчитывается по формуле:

I_т = , А                                             (11)

где Sт – мощность выбранного трансформатора, кВА;

Uн – напряжение сети, кВ.

I_т=

Выбираем автомат по справочным данным, так чтобы выполнялись условия:

I_на≥ I_нр ≥ I_т, А                                (12)

I_на – номинальный ток автомата, А

I_нр – номинальный ток расцепителя, А.

Записываем марку и параметры из справочной таблицы

ВА 51-33

U_на=380В

I_на=160А

     I_нр=160А

     I_у(п)=1,25· I_нр=200А

     I_у(кз)=2· I_нр =320А

     I_откл=12,5кА

Рассчитываем и выбираем автомат для линии ШНН–РП1 (SF1- SF5).

Выбираем автомат по току РП, найденному в таблице 3, затем находим его по справочным данным, так чтобы выполнялось условие для линии с группой двигателей и записываем в таблицу 5:

I_на≥ I_нр ≥ 1,1·I_м, А                                          (13)

Таблица 5 – Параметры выбранных автоматов для РП

РП №	Максимальный ток	Допустимый ток	Параметры выбранного автомата из справочника
	Iм, А	1,1·Iм, А	Марка автомата	№ автомата	Iна А	Iнр А	Iу(п) А	Iу(кз) А	Iоткл кА
РП1	50.9	56	ВА 51Г-31	SF1	100	63	78,8	315	5
РП2	22.3	24.5	ВА 51-25	SF2	25	25	33,8	125	3.8
РП3	17.5	19.2	ВА 51-25	SF3	25	20	27	100	3.8
РП4	21.5	23.7	ВА 51-25	SF4	25	25	33,8	125	3.8
РП5	15.1	16.6	ВА 51-25	SF5	25	20	27	100	3.8

 

Рассчитываем и выбираем автомат для линии ШНН–ШОС.

Выбираем автомат по току ЩО, найденному в таблице 3, затем находим его по справочным данным, так чтобы выполнялось условие для линии без двигателей:

I_на≥ I_нр ≥ I_м, А                                       (14)

Записываем марку и параметры из справочной таблицы

ВА 51Г-31

U_на=380В

I_на=100А

I_нр=40А

I_у(п)=1,35· I_нр=54А

I_у(кз)=2· I_нр=80А (при спокойной нагрузке)

I_откл=5кА

Рассчитываем и выбираем автоматы после РП для каждого приемника по отдельности.

Ток электроприемника рассчитывается по формуле:

I_р =  , А                              (15)

где Р_р – активная мощность, кВт

Uн=0,38кВ

Выбираем автомат по справочным данным, так чтобы выполнялось условие для линии с одним двигателем:

I_на≥ I_нр ≥ 1,25·I_р, А                                       (16)

Рассчитанные данные помещаем в таблицу 6.

Таблица 6 – Параметры выбранных автоматов потребителей

Электроприемники					Выбранные автоматы
Название ЭП	n	Pр, кВт	Iр, А	1,25хIр, А	марка	№	Iна А	Iнр А	Iу(п) А	Iу(кз) А	Iоткл кА
Плоскошлифовальные станки	6	20.16	8,5	10,6	ВА51-25	SF11	25	12.5	15.6	25	2.5
Токарные станки	3	2,06	2,12	2,65	ВА51Г-25	SF21	25	3,15	3,9	15,8	1,5
Вентиляторы	3	7,56	4,8	6	ВА51-25	SF22	25	8	4	40	2
Электропривод раздвижных ворот	3	0,6	0,6	0,8	ВА51-25	SF23	25	0,8	0.27	4	3
Круглошлифовальны е станки	2	2,32	0,3	0,4	ВА51Г-25	SF31	25	0,4	1.3	2	3
Внутришлифовальные станки	2	2,48	3,1	3,9	ВА51Г-25	SF32	25	4	2.7	20	1.5
Кран-балка	1	0,8	2,4	3	ВА51Г-25	SF34	25	3,15	2,1	15,8	1.5
Заточные станки	4	0,9	0,7	0,9	ВА51-25	SF35	25	0,8	0,27	4	3
Круглошлифовальные станки	3	3,5	2,9	3,7	ВА51Г-25	SF41	25	4	2,7	20	1.5
Внутришлифовальные станки	4	5	3,2	4	ВА51Г-25	SF42	25	4	2,7	20	1.5
Универсальные заточные станки	3	1,26	1,2	1,5	ВА51Г-25	SF51	25	1,6	0,5	8	3
Заточные станки для фрезерных головок	2	1,05	0,8	1	ВА51Г-25	SF52	25	1	0,3	5	3
Заточные станки для червячных фрез	2	2,6	3	3,8	ВА51Г-25	SF53	25	4	2,7	20	1.5
Резьбошлифовальные станки	2	1,24	1,6	2	ВА51Г-25	SF54	25	2	1,3	10	1.5

Расчет и выбор кабелей

Выбираем кабели для напряжения ниже 1кВ для линий ЭСН с учетом соответствия аппаратам защиты согласно условию:

                              I_доп≥ К_защ·I_у(п)                                                                (17)

где К_защ– коэффициент защиты

 К_защ=1 для неопасных помещений, К_защ=1,25 для взрыво и пожароопасных помещений.

Выбираем кабель марки АВВГ по воздуху.

Для линии ШНН–РП (автомат  SF1- SF5). Данные расчета заносим в таблицу 7.

Таблица 7 – Марки кабелей напряжением до 1кВ от ШНН до РП

РП	SF	Iу(п) А	Марка кабеля	Iдоп А	L м
РП1	SF1	78,8	АВВГ – 3х2,5	57	6
РП2	SF2	33,8	АВВГ – 3х2,5	57	36
РП3	SF3	27	АВВГ – 3х2,5	57	48
РП4	SF4	33,8	АВВГ – 3х2,5	57	42
РП5	SF5	27	АВВГ – 3х2,5	57	66

 

Выбираем ШОС по току уставки автомата SF, так чтобы выполнялось условие формула (18). I_у(п) =80А

ШОС4-63-44-У3

U_нш=220В

I_нш=25А

i_д=5кА

Для каждого приемника кабель выбираем так же АВВГ, результаты помещаем в таблицу 8.

Таблица 8 – Марки кабелей напряжением до 1кВ от РП до приемника

Электроприемник	SF	Iу(п) А	Марка кабеля	Iдоп А	L м
Плоскошлифовальные станки	SF11	15,6	АВВГ-3х2,5	57	18
Токарные станки	SF21	3,9	АВВГ-3х2.5	57
Вентиляторы	SF22	4	АВВГ-3х2,5	57
Электропривод раздвижных ворот	SF23	0.27	АВВГ-3х2,5	57
Круглошлифовальны е станки	SF31	1.3	АВВГ-3х2,5	57
Внутришлифовальные станки	SF32	2.7	АВВГ-3х2,5	57
Кран-балка	SF34	2,1	АВВГ-3х2,5	57
Заточные станки	SF35	0,27	АВВГ-3х2,5	57
Круглошлифовальные станки	SF41	2,7	АВВГ-3х2,5	57
Внутришлифовальные станки	SF42	2,7	АВВГ-3х2,5	57
Универсальные заточные станки	SF51	0,5	АВВГ-3х2,5	57
Заточные станки для фрезерных головок	SF52	0,3	АВВГ-3х2,5	57
Заточные станки для червячных фрез	SF53	2,7	АВВГ-3х2,5	57
Резьбошлифовальные станки	SF54	1,3	АВВГ-3х2,5	57

 

Выбираем провод для напряжения выше 1кВ для линии от ГПП до ТП.

Определяется сечение проводника по расчётному току линии и экономическ-

ой плотности тока по формуле:

    , мм²                                 (18)

где  – экономическая плотность тока, А/мм²

Расчетный ток определяется по формуле

I_расч = , А                                                   (19)

где S_р- расчетная мощность нагрузки, кВА;

U_лэп – напряжение, передаваемое ТП по ЛЭП, кВ.

I_расч =

По величине сечения выбираем для ВЛ наружной прокладки голый алюминиевый провод марки А-3˟16, I_доп=315 А.

Выбранный проводник проверяются на потери напряжения по условию:

∆U_лэп≤ ∆U_доп,                                              (20)

где: ∆U_лэп– расчетные потери напряжения в проводниках, %;

∆U_доп – допустимые потери (≤ 7%), %.

∆U_р = r₀ x₀ ,%                              (21)

гдеL – длина линии, км;

r₀ – удельное активное сопротивление линии, Ом/км;

x₀ – удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км.

∆U_р = ,%

              r₀= , Ом/км                                               (22)

- для алюминия γ=32 См

r₀= , Ом/км

Полученная величина потери напряжения в ЛЭП меньше допустимой, поэтому выбранный провод подходит для данных условий.