Расчет электрических нагрузок

Содержание

Пояснительная записка

Задачей курсового проектирования по предмету «Электроснабжение предприятий и гражданских зданий» является приобретение учащимися практических навыков с использованием современных и рациональных технических решений и творческого подхода к конструированию систем электроснабжения. Курсовой проект должен быть выполнен в соответствии с требованием по оформлению курсовых и дипломных проектов.

    Тема курсового проекта и исходные данные приведены в разделе «Варианты заданий». Номер варианта соответствует двум последним цифрам шифра от 1 до 54; при шифре больше 54 номер варианта выбираются по примеру:

Номер шифра – 0680 – номер варианта – 16 (80-54)

Содержание курсового проекта

Объем пояснительной записки должен быть в пределах 30-40 страниц формата А4. Пояснительная записка должна строго соответствовать заданию и составляется по следующему плану:

Введение

1Общая часть

2Расчётная часть

Затем следует наименование разделов, указанные в «Вариантах заданий по КП» для каждой темы.

 Объем графической части:

Графический материал проекта выполняется на двух листах формата            А1.

Лист 1. «Схема электрическая принципиальная».

    Лист 2. «План и разрез подстанции», или «План расположения электрооборудования»

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАЗДЕЛОВ

ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Введение

Во введении следует описать перспективы развития электроэнергетики в газовой промышленности при освоении и обустройстве Крайнего Севера, частности акцентировать внимание на энергетику Севера Тюменской области, то есть Уренгойского и Ямбургского газоконденсатных месторождений.

Общая часть

Характеристика потребителей электрической энергии

Изложить основную производственную задачу предприятия, основных и вспомогательных цехов, режимы работы и особенности технологического процесса. Произвести разбивку потребителей по категориям надежности электроснабжения, выразив их мощность в процентном соотношении к общей установленной мощности предприятия.

Дать характеристику объекту, согласно ПУЭ, по электробезопасности, взрыво-и пожароопасности.

Дать характеристику источника питания, его удаленности от потребителя, возможность обеспечения электроэнергией предприятия по надежности электроснабжения.

Выбор напряжения и схемы электроснабжения

От величины электрического напряжения для схемы электроснабжения зависит выбираемое электрическое оборудование, параметры линий электропередач и, следовательно, размеры капиталовложений, расход цветного металла, величина потерь электрической энергии и эксплуатационные расходы. Основными критериями для выбора электрического напряжения в практических расчетах являются: передаваемая мощность, длина ЛЭП, конструктивные выполнения линий и стоимость электрической энергии. Ориентировочно величина электрического напряжения может быть определена по упрощенной эмпирической формуле, кВ:

,                                          (1)

где S – передаваемая мощность, МВА;

  l – расстояние, км.

Со стороны низшего напряжения, при выборе его величины, принять во внимание величину напряжения токоприемников.

При выборе схемы электроснабжения необходимо, чтобы выбираемая схема надежно обеспечивала потребителей электроэнергией, имела резервирование питания  (в зависимости от категории потребителей).

Питание главной понизительной подстанции (ГПП) от энергосистемы может осуществляться по радиальной схеме, выполненной двумя воздушными линиями.

При проектирование распределительной сети по территории предприятия, применяются различные схемы: радиальные, магистральные, смешанные [1] п.1.6-1.9. Во всех случаях, преследуемая цель достижения достаточной степени надежности схемы в работе, экономичности. Так, например, трансформаторная подстанция (ТП) обеспечивающая питанием цех I категории, должна запитываться по двум кабельным линиям, от двух независимых источников питания (I и II секция шин со стороны низшего напряжения ГПП). Допускается питание электроприёмников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединённых к одному общему аппарату.

Маломощные потребители, имеющие вместо ТП распределительные пункты и располагающиеся на небольшом расстоянии друг от друга, могут запитываться по магистральной линии.

Расчётная часть

Расчет электрических нагрузок

Изложить сущность и цель расчета электрических нагрузок. В зависимости от величины расчетной нагрузки выбираются источник электроснабжения и все оборудование электрической сети: линии, трансформаторы, распределительные устройства. Рассмотрим основные методы определения расчётных нагрузок:

1 Методом коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса пользуется для оценочных расчётов максимальных нагрузок промышленных предприятий на высшем напряжении  схемы электроснабжения, при котором величина расчётной активной максимальной нагрузки определяется по формуле:

,                                         (2)

где Р_ном - номинальная мощность электроприёмника (ЭП), кВт;

n- количество ЭП;

К_с- коэффициент спроса, это отношение максимальной активной мощности одного или группы ЭП к номинальной мощности. Коэффициент спроса по некоторым предприятиям определяется по справочной литературе [1] табл.2.6, [5] табл.1.5.1, а также его можно определить по формуле:

.                                                (3)

Максимальная реактивная мощность определяется по формуле, квар:

 .                                           (4)

Расчёт полной максимальной мощности выполняется по формуле, кВА:

 .                                    (5)

Для удобства расчетов электрических нагрузок составляется сводная таблица 1, в которой cosφ и соответствующий ему tgφ потребителей определяется по справочной литературе [1] табл.2.1, [5] табл.1.5.5

Расчёт электрических нагрузок

 Таблица 1

В графе 1 «Силовая нагрузка» вписываются все нагрузки потребителей предприятия (цехов, корпусов, вспомогательных сооружений и т.д.), после чего определяется суммарные мощности ΣР_max, ΣQ_max.

Осветительная нагрузка цехов и территорий может быть рассчитана по формуле, кВт:

,                                     (6)

где   Р_у –установленная мощность лампы, кВт

   К_с.о.- коэффициент спроса осветительной нагрузки, согласно рекомендации [6], необходимо принимать следующие значения К_с.о:

1 - для небольших производственных зданий, наружного освещения и для линий, питающих отдельные групповые щитки и аварийное освещение;

0,95 – для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролётов;

0,9 – для библиотек, административных зданий и предприятий общественного питания;

0,85 – для производственных зданий, состоящих из многих отдельных помещений;

0,8 – для административно -бытовых, инженерно-лабораторных корпусов;

0,6 – для складских зданий и электроподстанций.

Рассчитываются активные и реактивные потери в трансформаторах, кВт и квар:

,                                      (7)

                       ,                                        (8)

где Sр_Σ - суммарная расчетная мощность предприятия, определяемая суммой силовой нагрузки, осветительной и потерь в трансформаторах.

Потери в электрических цепях, определяются по формуле, кВт:

                                     .                                         (9)

В целом нагрузка по предприятию, с учётом потерь,   определяется по формуле, кВА:

 .                  (10)

 2.Методом упорядоченных диаграмм

Метод упорядоченных диаграмм применяется в тех случаях, когда известны номинальные расчётные данные всех электроприёмников (ЭП) предприятия и их размещения на плане цехов и на территории предприятия. Метод позволяет по номинальной мощности ЭП с учётом их числа и характеристик определить расчётную нагрузку любого узла схемы электроснабжения.

Расчет методом упорядоченных диаграмм производится в следующем последовательности:

2.1Все ЭП разбиваются на однородные по режиму работы групп с одинаковыми значениями коэффициентов использования и коэффициентов мощности.

2.2Подчитывают количество ЭП в каждой группе и в целом по расчетному узлу присоединения.

2.3В каждой группе ЭП и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и величину n_э. При этом все ЭП должны быть приведены к ПВ=100%.

2.4 Подчитывают суммарную мощность всех ЭП узла

Р_см.уз=ΣР_см ;                                                                                 (11)

Q_см.уз.=ΣQ_{см .}                                                                                 (12)

2.5Определяются, для характерных групп ЭП, коэффициенты использования и коэффициенты мощности cosφ.

2.6Определяется средняя активная и реактивная нагрузки, за наиболее загруженную схему.

2.7Определяется средневзвешенное значение коэффициента использования узла:

,                                                         (13)

 где по tgφ_уз определяется  cosφ_уз - средневзвешенное значение коэффициента мощности узла присоединения.

2.8 Определяется коэффициент максимума в зависимости от Ku и n_э.

2.9 С учетом K_max  определяются расчетные нагрузки.

2.10 Определяется полная мощность.

Определяется средняя нагрузка групп ЭП за максимально загруженную смену (Р_см, кВт) и расчётный получасовой максимум (Р_р,кВт)

 ,                                                         (14)

где К_и – коэффициент использования активной мощности, значения которого для некоторых ЭП с разными режимами работы приведены в табл.2.1 [1], в табл.1.5.5 [5];

 ,                                                    (15)

где К_мах – коэффициент максимума активной (реактивной) мощности, характеризует превышение максимальной нагрузки над средней, за максимально загруженную смену, принимаемый по [1] рис 2.6. или табл. 2.3, [5] табл. 1.5.3. Коэффициент максимума может быть равным или больше единицы. Для ЭП с продолжительным режимом работы (вентиляторы, насосы и т.п), т.е. для таких ЭП, у которых К_мах=1:

Р_р=Р_см.

Величина, обратная коэффициенты максимума, называется коэффициентом заполнения графика:

.                                                 (16)

Коэффициенты К_з и К_max  определяются для групповых графиков нагрузки.

Коэффициент максимума можно определить в зависимости от эффективного числа ЭП (n_эф) [1] рис.2.6, [5] табл. 1.5.2.

Под эффективным числом n_эф понимают такое число однородных по режимы работы ЭП одинаковой мощности, которое обеспечивает тот же расчётный максимум, что и группа различных по мощности и режиму работы ЭП, он определятся по формуле:

,                                           (17)

 где - квадрат суммы номинальных мощностей всех n ЭП, кВт;

    - сумма квадратов тех же мощностей, кВт.

Если нагрузка ЭП, различны по мощностям и разнохарактерны по режимы работы, определяют показатель силовой сборки в группе, если ЭП пять и более определяется по формуле:

,                                          (18)

где Р_{ном max,} Р_{номmin –} номинальные приведённые к длительному режиму активные      мощности ЭП наибольшего и наименьшего в группе, кВт.

Если ЭП меньше или равно 3 то можно считать 

n_э ≈ n;

при m > 3 и Кu ≥ 0,2

.                                     (19)

Если найденное по формуле (19) n_э оказывается больше действительного числа ЭП n, следует принимать n_э = n.

Если количество ЭП n≤3, можно не определять n_э ЭП, ограничившись нахождением расчетной мощностью, кВт

,                                              (20)

где K_заг.- коэффициент загрузки, принимаемый:

- для продолжительного режима равный 0,9;

- для повторно кратного режима 0,75;

- для продолжительного автоматического режима 1.

Коэффициент загрузки К_заг, представляет собой отношение средней за время включения в цикле мощности ЭП и его номинальной мощности:

.                                               (21)

Когда значение m>3 и Кu<0,2 эффективное число ЭП определяется с помощью относительного числа ЭП n_э*

.                                                    (22)

Реактивная мощность ЭП за максимально загруженную смену определяется по формуле, квар:

.                                       (23)

Определяется средний коэффициент использования группы ЭП:

 .                                               (24)

Вычисляется значение максимальной реактивной нагрузки, квар:

,                                                (25)

При К_и<0,2 и n_э≤100, а также при К_и≥0,2 при n_э≤10 коэффициент К_max=1.1, во всех остальных случаях можно принять:

,                                                       (26)

Определяется максимальная мощность ЭП, кВА:

.                                           (27)

Далее выполняется расчёт потерь в трансформаторах и рассчитывается полная мощность по следующим формулам: (7), (8), (9), (10).