Методические указания по Определениюэлектрических нагрузок

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к контрольной работе по дисциплине «Электроснабжение»

для студентов заочной формы обучения

 2019

 

                          Методические указания к контрольной работе  по дисциплине Электроснабжение для студентов направления подготовки: 13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника»,профиль: «Электроснабжение»

 

 сост. И.В.Ковязина – Чайковский: ЧФ ПНИПУ, 2018. – С. 41

 

Электроснабжение:, контрольные задания, методические указания для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки бакалавров «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электроснабжение» / составитель И.В. Ковязина. –40 с.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ....................................

 

1 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ.................................

    Задание 1 Расчет электрических нагрузок цеховой электрической сети

    Задание 2 Расчет электрических нагрузок завода и определение центра активной электрической нагрузки завода

    Задание 3 Расчет цеховой электрической сети

    Задание 4 Расчет компенации реактивной мощности

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В методическом пособии изложена программа дисциплины «Электроснабжение», читаемых для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки бакалавров «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электроснабжение».. В  пособии приводятся контрольные задания, выполнение которых позволяет студентам получить навыки по расчетам элементов системы электроснабжения промышленного предприятия.

 

 

 

.1 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

 

При изучении цикла дисциплин «Электроснабжения» студентом выполняется 4 контрольных задания, варианты которых задаются преподавателем кафедры во время установочных лекций или доводятся до сведения студента через деканат факультета.

При оформлении задания на первом листе следует записать номер варианта и исходные данные. Теоретические положения методов расчёта приводить не нужно, расчет должен сопровождаться только используемыми формулами и ссылками на литературные источники, из которых взяты методы расчётов, формулы и исходные данные, например [1, с. 10–15] или [3, табл. 2.3]. Задание должно заканчиваться списком используемой литературы.

При выполнении заданий следует пользоваться справочной литературой [42–52], и которая является основной по специальности «Электроснабжения».

 

1.1 ЗАДАНИЕ 1. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЦЕХОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

 

В качестве исходных данных даётся спецификация оборудования, установленная мощность электроприемников, их количество и площадь помещений цеха А  машиностроительного предприятия. Исходные в зависимости от варианта (двухзначной цифры) приведены в табл.2.1-277:

– первая цифра варианта соответствует номеру таблицы(2.1-2.7);

– вторая цифра варианта соответствует номеру варианта в данной таблице.

Основные теоретические положения расчета электрических нагрузок приведены в пособии [29], а пример расчёта электрических нагрузок по цеху - в пособии [40]. При выполнении задания следует:

а) рассчитать силовую и осветительную электрические нагрузки по каждому отделению;

б) определить расчётные электрические нагрузки цеха в целом;

в) определить пиковые нагрузки по отделениям и цеху.

Расчёт электрических нагрузок следует проводить с использованием таблицы, форма которой представлена в пособии [40].

 

 

Таблица 1.1 – наименование электроприемников и их мощность

№	Наименование Электроприемника	Мощность одного электроприемника Pн, кВт
	ШРА-1
1	Токарно-винторезный станок	82
2	Токарно-винторезный станок	82
3	Токарно-винторезный станок	90
4	Токарно-винторезный станок	95
5	Токарно-винторезный станок	100
6	Сверлильный станок	40
7	Сверлильный станок	60
8	Сверлильный станок	50
9	Сверлильный станок	45
10	Сверлильный станок	45
	ШРА-2
11	Фрезерный станок	50
12	Фрезерный станок	60
13	Фрезерный станок	60
14	Шлифовальный станок	34
15	Шлифовальный станок	34
16	Шлифовальный станок	49
17	Шлифовальный станок	49
18	Строгальный станок	31
19	Строгальный станок	41
20	Строгальный станок	50
21	Вентиляторы	1,2
22	Вентиляторы	10
23	Электропечь сопротивления	0,8
24	Электропечь сопротивления	46

Рис.1 Расчетная схема

 

Заполнение расчетной таблицы (таблица 1.3)

1. Все электроприемники, присоединенные к одному силовому распреде­лительному пункту (ШРА-1, ШРА-2 и т.д.), разбиваются на характерные группы с приблизительно одинаковым режимом работы. и помещаются в графу 1.

2. В графу 2 записывается число элекгроприемников n.

3. В графу 3 по каждой характерной группе записываются: при одинаковой мощности элекгроприемников группы - номинальная установленная мощность Р_н, кВт, одного электроприемника; при разных мощностях через тире минимальная и максимальная мощности одного электроприемника.

4. В графу 4 заносится суммарная номинальная мощность всех элек­троприемников характерной группы.

5. Графа 5 заполняется по расчетному узлу в целом (по силовому шкафу СП, магистрали ШМА, ШРА). Модуль силовой сборки определяется по формуле:

 

 

 

6. Для каждой характерной группы по [табл. 53.2, 40].  определяются коэффициент использования К_и и коэффициент мощности cosj и записываются в графы 6,7. По значению cosj определяется tgj. В строку "Итого" записывается среднее значение К_ис для всего узла, определяемое по формуле:

7. Для каждой группы определяются средние значения активной мощности Р_см = К_и×Р_н, кВт и реактивной Q_см=Р_см×tgj, квар. и записываются в графы 8.9.

В итоговой строке записывается суммарное значение åР_см и åQ_см.

8. Графа 10 заполняется в соответствии с выражением для  определения эффективного числа электроприемников из таблицы:

1.2

 

10. В итоговую строку графы 7 записываются  и cosj, определенный по tgj.

11. В графу 11 итоговой строки записывается коэффициент максимума к_м, определенный по известным n_э и К_ис пособие [31,табл. 1.6]..

12. В итоговые строки граф 12,13,14,15 записываются соответственно

Таблица 1.3 – расчетная таблица

Наименование узлов питания и групп электроприемников	Кол-во эл/ прием. n	Установленная мощность при ПВ=100%, кВт			Модуль силовой сборки m	Коэф. использования Ки	cosφ	tgφ t	Средняя мощность за максимально загруженную смену		Эффективное число электроприемников nэ	Коэффициент максимума Kм	Максимальная расчетная мощность			Максимальный расчетный ток Ip, А
		Pн, кВт		∑Pн, кВт					Pсм, кВт	Qсм, кВАр			Pм, кВт	Qм, кВАр	Sм, кВА
		min	max
1	2	3.1	3.2	4	5	6	7.1	7.2	8	9	10	11	12	13	14	15
ШРА-1
Группа токарно-винторезных станков	5	82	100	449	1,22	0,12	0,5	1,73	53,88	93,21
Группа сверлильных станков	5	40	60	240	1,5	0,12	0,5	1,73	28,8	49,82
Итого по ШРА-1	10			689		0,12	0,5	1,73	82,68	143,04	9	2,42	200,09	346,15	399,82	607,46
ШРА-2
Потребители группы А
Группа фрезерных станков	3	50	60	170	1,2	0,12	0,5	1,73	20,4	35,29
Группа шлифовальных станков	4	34	49	166	1,44	0,12	0,5	1,73	19,92	34,46
Группа строгальных станков	3	31	50	122	1,61	0,12	0,5	1,73	14,64	25,33
Итого по группе А	10			458		0,12	0,5	1,73	54,96	95,08	10	2,29	125,86	217,74	251,49	382,1
Потребители группы Б
вентиляторы	13	1,2	10	103,6		0,65	0,8	0,75	67	51
Нагревательные элементы	17	0,8	46	194,4		0,8	0,95	0,33	155	51
Итого по группе Б ШРА2	30	0,8	46	298		0,745			222	102			222	102	244,3
Итого по ШРА-2	40	0,8-	60	756	75	0,75	0,82	0,72	276,96	197,08			347,86	319,74	472.48	717,8
Итого по ШРА-1 и ШРА-2	50			1147		0,54	0,73	0,95	359,64	340,12			547,95	665,9	862.36	1310,22
Электрическое освещение				25,7		0,85			22				22
Итого по цеху				1172,7		0,55	0,65	1,17	381,64	340,12			569,95	665,9	876.51	1331.72

 

1.2 ЗАДАНИЕ 2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЗАВОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА АКТИВНОЙ НАГРУЗКИ ЗАВОДА

Рассчитать нагрузку цехов предприятия по установленной мощности и коэффициенту спроса. Исходные данные для различных вариантов приведены в табл.1.3

Определить центр электрических нагрузок для активной нагрузки завода. Указать нагрузки и теоретический центр нагрузки на плане предприятия. ИЕ СВЕДЕНИЯ

Координаты расположения цехов на генплане выбираются по второй цифре варианта и  приведены в табл.1.4.

 

Таблица 1.3 Сведения об электрических нагрузках машиностроительного завода

 

№	Наименование цеха	кс	Cos (φ)	Площадь цеха, м2	Установленная мощность, кВТ
					Номер варианта задания
					1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	инструментальный (цех Б)	0,7	0,8	2500	700	600	500	820	360	190	280	560	700	850
2	Литейный (цех В)	0,6	0,8	2000	2800	1500	1200	1520	1800	1480	2100	800	1700	600
3	Сборочный (цех Г)	0,7	0,8	150	1700	1200	1100	1000	2000	950	500	900	800	900
4	насосная 10 кВ (АД) (цех Д)	0,7	0,8	150	1500	500	800	900	1500	1400	1200	900	700	600
5	компрессорная 10 кВ (СД) (цех Е)	0,5	0,9	250	1200	1480	2100	1800	1700	1600	1200	920	1800	900
6	Электроцех (цех Ж)	0,5	0,8	500	300	280	450	400	600	200	300	380	240	450
7	термический (цех З)	0,6	0,8	6000	900	280	560	700	850	900	600	500	820	360
8	склад готовой продукции (цех И)	0,3	0,6	800	200	360	190	280	560	150	360	190	280	560
10	Цех А	Зад1	Зад1	зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1	Зад1

 

Основные теоретические положения расчета электрических нагрузок завода и  определения центр электрических нагрузок для активной нагрузки завода, а также примеры расчёта электрических нагрузок по цеху приведены в пособии [31]

 

Таблица 1.4 Координаты центров нагрузок цехов

 

Вариант	ЦехА		ЦехБ		ЦехВ		ЦехГ		ЦехД		ЦехЕ		ЦехЖ		ЦехЗ		ЦехИ		ЦехК
	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м	Х,м	У,м
1	435	80	250	125	200	200	110	300	460	250	320	340	455	360	175	470	60	130	80	125
2	175	470	250	380	620	340	460	300	460	250	320	340	455	360	175	470	60	130	80	125
3	455	350	620	340	460	250	110	300	200	210	80	125	250	125	535	80	60	140	175	470
4	620	340	460	250	110	300	200	20	80	125	250	125	435	80	60	130	172	470	455	380
5	460	250	110	300	210	200	80	125	250	125	435	80	60	130	172	470	455	380	535	150
6	110	300	200	200	80	125	250	125	435	80	60	130	175	470	455	380	620	340	460	250
7	200	200	80	525	250	125	435	80	60	130	175	470	455	360	620	340	460	250	110	300
8	60	125	250	125	435	80	60	130	175	470	455	380	620	340	460	250	110	300	200	300
9	250	125	435	80	60	130	175	470	455	380	620	340	460	250	110	300	200	200	80	125
0	435	80	60	130	175	470	455	380	620	340	460	250	110	300	200	200	80	125	250	125

 

 

1.3 ЗАДАНИЕ 3. РАСЧЕТ ЦЕХОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

 

Исходными данными задания 2 являются результаты расчета электрических нагрузок по цеху и координаты центра активной мощности. При выполнении задания следует:

а) составить схему электроснабжения цеха на напряжении 10 кВ и 380 В, при этом принять, что цеховая трансформаторная подстанция питается от сборных шин 10 кВ ГПП по радиальным линиям; Принять, что ГПП расположена в центре активной мощности предприятия.

б) определить мощность трансформаторов двухтрансформаторной цеховой подстанции;

в) рассчитать токи короткого замыкания;

б) выбрать по экономической плотности сечение имарку питающих кабелей 10 кВ от ГПП до ЦТП цеха А, проверить выбранные кабели на термическую стойкость токам короткого замыкания;

в) выбрать коммутационные и защитные аппараты со стороны 10 кВ цеховой подстанции цеха А;

г) выбрать вводные автоматические выключатели низковольтных распределительных пунктов отделений, а также кабели, питающие эти пункты.

 

1.4. ЗАДАНИЕ 4. РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

 

Расчёт проводится для одной секции сборных шин 10 кВ (половина схемы) главной понизительной подстанции (ГПП) промышленного предприятия (см. рисунок). От секции сборных шин подстанции питаются: по радиальным линиям цеховые трансформаторные подстанции Т1–Т4; по магистральным - подстанции Т5–Т12; высоковольтные синхронные СД1–СД4 и асинхронные АД двигатели; электротехнологические установки ЭТУ. На стороне низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций подключена реактивная нагрузка Q_1.i. Для компенсации реактивной мощности в общем случае используются: высоковольтная конденсаторная батарея (Q₀), подключенная к сборным шинам ГПП; низковольтные конденсаторные батареи (Q_С.i); синхронные двигатели СД1–СД4 (Q_СД.i); энергосистема (Q_ЭС1).

Исходные данные в зависимости от варианта (двухзначной цифры) приведены в табл. 2.8 и 2.9:

– первая цифра соответствует номеру варианта в табл.2.8;

– вторая цифра варианта соответствует номеру варианта в табл.2.9.

0 дополнительных исходных данных.

1. В каждом варианте даны номинальные мощности S_T.Hi цеховых понижающих трансформаторов и загрузка их по реактивной мощности в виде отношения Q_1i / S_Т.Нi. По этим данным необходимо определить активную нагрузку каждого трансформатора, исходя из условия его загрузки на 70 % S_Т.Нi (К_З.Н = 0,7). С учётом этой загрузки определить потери реактивной мощности в цеховых трансформаторах DQ_Тi.

 

2. Определить суммарную реактивную нагрузку Q_р1, приходящуюся на рассматриваемую секцию сборных шин ГПП, путём суммирования реактивных нагрузок трансформаторов Q_1.i и потерь реактивной мощности DQ_Ti в этих трансформаторах, реактивных мощностей Q_АД асинхронных двигателей и электротехнологических установок Q_ЭТУ. Поскольку параметры силового трансформатора ГПП в задании не определяются, то потери реактивной мощности DQ_T следует принять равными DQ_T = 0,05 Q_Р1.

3. Определить располагаемую реактивную мощность Q_СД.М синхронных двигателей с учетом заданных коэффициента активной нагрузки b_СД и коэффициента мощности cos φ_СД.

4. С учётом полученных данных Р_Р1, Q_р1, Q_СД.М заданного высшего напряжения ГПП определить реактивную мощность Q_ЭС1 (на одну секцию сборных шин ГПП), которую предприятие может получить из энергосистемы в часы её максимума активной нагрузки, а также коэффициент реактивной мощности tgφ_Э, задаваемый энергосистемой предприятию.

5. С учётом заданных значений стоимостей a и b двухставочного тарифа, коэффициента К_М и числа часов tиспользования максимальных потерь определить удельную стоимость С₀ потерь активной мощности в электрической сети от протекания реактивной мощности.

6. Для каждого цехового трансформатора определить эквивалентное сопротивление R_ЭСДJ и затем оптимальную реактивную мощность Q_Сi низковольтной конденсаторной батареи.

7. Для каждого синхронного двигателя определить эквивалентное сопротивление R_ЭСДJ оптимальную реактивную Q_СДJ, которую он может выдавать на секцию сборных шин ГПП.

8. Из условия баланса реактивных мощностей для одной секции сборных шин ГПП определить реактивную мощность Q₀ высоковольтной конденсаторной батареи. Если её установка окажется экономически невыгодной, произвести уточнение мощностей низковольтных конденсаторов Q_Сi и синхронных двигателей Q_СДJ с учётом коэффициента Лагранжа.

9. Проверить баланс реактивных мощностей на секции сборных шин ГПП.

10. Выбрать комплектные конденсаторные установки (ККУ). При выборе низковольных ККУ принять, что мощности Q_Кi основных групп конденсаторов [35, 41] цеховых трансформаторных подстанций равны нулю.

11. Определить расчётное значение коэффициента реактивной мощности tgφ_Р и резерв реактивной мощности на предприятии.

Исходные данные и итоговые расчёты по компенсации реактивной мощности необходимо представить в таблицах, формы которых приведены в [41].

 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Таблица 2.1

№ п/п	Наименование оборудования	Кв	Мощность, кВт	Количество потребителей, шт.
				Номер варианта
				0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Отделение крупных редукторов
1	Токарно-винторезный станок	1	10	5	4	6	5	4	5	6	5	4	3
2	То же	1	15	3	4	2	2	3	3	2	3	4	4
3	То же	1	28	7	9	6	7	8	8	7	6	9	10
4	Карусельный станок	1	28	16	13	16	15	14	13	12	11	14	15
5	То же	1	40	3	4	2	2	3	4	4	5	2	2
6	То же	1	35	4	3	2	3	4	5	3	2	3	3
7	Горизонтально-расточный станок	1	7	10	8	9	7	10	11	9	8	6	7
8	То же	0,6	14	2	3	1	2	2	1	3	2	3	3
9	Продольно-строгальный станок	0,6	40	4	5	6	7	6	5	4	5	6	7
10	Долбежный станок	0,6	28	2	3	2	3	33	2	2	3	2	2
11	Горизонтально-фрезерный станок	1	10	2	2	3	3	2	3	2	3	2	2
12	Вертикально-фрезерный станок	0,6	10	4	3	2	3	4	3	2	4	3	2
13	Продольно-фрезерный станок	0,6	30	2	2	1	1	2	3	2	1	2	3
14	Радиально-сверлильный станок	0,6	4,5	4	5	6	7	6	5	4	5	7	6
15	Вентилятор	1	4,5	5	6	7	6	5	4	4	5	6	7
16	Кран мостовой	0,4	81	2	2	3	2	3	2	3	3	2	2
	Площадь отделения 3185 м2
	Отделение сварки
17	Радиально-сверлильный станок	0,6	4,5	2	3	4	5	6	5	5	6	7	5
18	То же		14	3	2	4	6	5	5	6	7	6	6
19	Вертикально-фрезерный станок	0,6	7	10	9	9	7	6	6	7	8	9	10
20	Горизонтально-фрезерный станок	1	10	8	7	6	5	5	6	7	8	7	6

Окончание таблицы 2.1

 

№ п/п	Наименование оборудования	Кв	Мощность, кВт	Количество потребителей, шт.
				Номер варианта
				0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
21	Пресс гидравлический	0,4	4,5	4	3	3	4	4	3	3	4	4	3
22	Покрасочно-сушильная установка	1	19	1	2	3	2	3	1	2	3	2	1
23	Сварочный трансформатор	0,6	24,5	4	5	6	6	5	5	4	4	3	5
24	Машина точечной сварки	0,6	75	2	3	4	3	2	4	2	3	4	4
25	Вентилятор	1	4,5	8	9	10	11	10	9	8	7	6	8
26	Кран мостовой	0,4	71	2	3	2	3	3	2	2	3	3	2
	Площадь отделения 1568 м2
	Термическое отделение
27	Камерная печь	1	75	2	1	2	3	2	1	1	3	2	1
28	То же	1	60	1	3	4	1	4	3	3	2	2	4
29	То же	1	30	4	5	3	3	4	5	5	3	4	4
30	Электропечь цементная	1	75	2	3	3	2	3	2	3	2	3	2
31	Шахтная отпускная печь	1	36	3	2	2	3	3	2	2	3	3	2
32	Отпускная печь	1	40	5	4	4	3	4	5	3	4	5	3
33	Пресс гидравлический	0,4	2,8	6	7	8	8	7	7	6	6	7	8
34	Дробометная очистительная камера	1	15	6	7	8	8	7	7	6	6	7	8
35	Закалочный станок	0,4	10	10	9	8	2	3	4	5	6	7	8
36	То же	0,4	2,8	9	8	7	6	5	6	7	8	9	5
37	Вентилятор	1	4,5	12	13	14	15	15	14	13	13	12	14
	Площадь отделения 540 м2
	Мощность КЗ на шинах 10 кВ ГПП, МВА		–	255	305	315	290	280	225	245	275	360	220

 

Таблица 2.2

№ п/п	Наименование оборудования		Кв	Мощность, кВт	Количество потребителей, шт.
					Номер варианта
					0	1	2	3	4	5	6	7	8	9

Заготовительное отделение