Характеристика потребителя электроэнергии

ХАРАКТЕРИСТИКА И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ИСХОДНЫХ

ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОТЕЛЬНОЙ

Характеристика производства, предприятия, цеха.

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Отрасль промышленности - котельная.

Котельная (цех) - это  сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (как правило воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении.

Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы.

Помещение котельной можно отнести к жарким помещениям, а электроприёмники будут соответствовать II категории.

Характеристика потребителя электроэнергии

Потребителями электроэнергии являются электроприемники котельной - промышленное оборудование установленное в соответствии с технологией цеха.

1) Насос питательный

2) Сетевой насос

3) Насос отопления

4) Дымосос

5) Вентилятор

6) Горелка

7) Подпиточный насос

8) Насос ГВС

9) Станки

10) Кран-балка

11) Прочая нагрузка

Согласно заданию нагрузки потребители второй категории составляют 60%. Потребители третьей категории 40%.

Краны работают в повторно- кратковременном режиме, а остальные приемники в длительном.

2 ВЫБОР СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПО ЗАДАННОЙ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИЁМНИКА

Выбор двигателя осуществляется по следующим условиям:

                                               (2.1)

где - номинальное напряжение электродвигателя, кВ;

   - номинальное напряжение сети, к которой подключен электродвигатель, кВ;

   - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

  - установленная мощность электроприемника, для которого производится выбор электродвигателя, кВт.

         Рассмотрим пример выбора двигателя для 1-го электроприемника:

                                                       P_уст=22 кВт; U_ном=380 В.

        Электродвигатель типа АИР 180 S2 со следующими параметрами:

                                                       P_ном=22 кВт; U_ном=380 В.

       Выбранный электродвигатель удовлетворяет условию 2.1. Следовательно электродвигатель выбран верно.

3 ВЫБОР ПУСКОВОЙ И ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ ЭЛЕКТРОПРИЁМНИКОВ. РАСЧЁТ ОТВЕТВЛЕНИЙ К ЭЛЕКТРОПРИЁМНИКАМ

    Электрические сети до 1 кВ следует защищать от токов аномальных режимов, к которым относятся: короткие замыкания, а также длительные по времени перегрузки, периодически возникающие в процессе эксплуатации электроустановок.

    В данном курсовом проекте для защиты электроприёмников от короткого замыкания и перегрузок применяют автоматические выключатели, так как они являются более совершенными защитными аппаратами по сравнению с плавкими предохранителями.

    При отключении автоматическим выключателем происходит отключение сразу трёх фаз, что препятствует возникновению неполнофазных режимов работы оборудования.

    Многие производственные механизмы и установки, например: обрабатывающие станки, они выпускаются со встроенной аппаратурой управления и защиты, поэтому при проектировании электрооборудования выбор такой аппаратуры не осуществляется.

    Вентиляционные установки, насосы, кран-балки и подъемные механизмы, поставляются без коммутационных и защитных аппаратов. Поэтому данную аппаратуру на механизмы такого типа нужно устанавливать и выбирать исходя от режима работы таких устройств.

Выбор автоматически выключателей осуществляется по следующим условиям:

                                                                                                     (3.1)

где  - номинальный ток автоматического выключателя, А;

     - расчётный ток защищаемой цепи, А;

 -номинальный ток теплового расцепителя, А;

    - ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А;

     - пиковый ток линии или ответвления, А.

         Ток срабатывания электромагнитного расщепителя как правило устанавливается изготовителем в зависимости от номинального тока теплового расцепителя.

                                                                                                (3.2)

где - кратность тока отсечки.

       Рассмотрим пример выбора автоматического выключателя для электроприёмника № 1 по плану.

         В данном случае расчётный ток защищаемой линии будет равен номинальному току этого электроприёмника:

                                                                                                (3.3)

где - номинальное напряжение электроприёмника, кВ;

- номинальная мощность электроприёмника, кВт;

   - номинальный коэффициент мощности электроприёмника;

- номинальный коэффициент полезного действия;

                                              А

        Пусковой ток двигателя:                                      

                                                                                              (3.4)

                                                А

                                        А.                            

         Выбираем автоматический выключатель типа ВА51-37.

                                                                 =50 А;

                                                              =10;

А

                                                              500 А > 363,118 А

                                                                   А.

         Выбранный автоматический выключатель удовлетворяет условию 3.1. Следовательно, автоматический выключатель выбран верно.

        Для остальных электроприёмников расчёт выполняется аналогично и результаты выбора сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1. – Выбор автоматических электроприёмников.

         Для управления электродвигателя кран-балки рекомендуется применять реверсивный пускатель серии ПМЛ.

         Выбор магнитных пускателей осуществляется из соотношения:

                                                                                                                                                                                                                                  (3.5)

         Результаты выбора магнитных пускателей представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Выбор магнитных пускателей.

        Для кран-балки выбираем также коммутационный ящик. Результаты выбора представлены в таблице 3.3.

        Таблица 3.3 – Выбор коммутационных ящиков.

Выбор сечения проводника осуществляется по двум условиям:

                                                                                                       (3.6)

где Кп – поправочный коэффициент, учитывающий условия прокладки проводов и кабелей, Кп=1;

Кз – кратность допустимого тока и защитного аппарата;

  Iз – ток срабатывания защитного аппарата.

         Рассмотрим пример выбора ответвления для электроприёмника № 1.

                                                      А.

                                               А.

        Выбираем по току провод с медными жилами следующего типа: ПВ-5(1×16), =75 А.

         Провода прокладываем в пластмассовой трубе с условным проходом 15 мм. По условиям механической прочности сечение принимаем не менее 1.5 мм. , а для алюминия - 2,5 мм.

       Для кран-балки выбираем гибкие медные кабели марки КПГ.

       Выбор проводников аналогичен и сведён в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 – Выбор ответвлений электроприёмников

4 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ КОТЕЛЬНОЙ И ВЫБОР ЕЁ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ

Одной из задач при проектирования котельной является формирование первичных групп электроприёмников (совкупность объединённых электроприёмников сетевыми объектами, например – шкаф распред.). По этимгруппам определяются расчётные нагрузки.

Выбор схемы питания электроприёмников котельной зависит от:

1. Территориального расположения потребителей относительно друг друга.

2. Величины установленной мощности отдельных электроприёмников и котельной в целом.

3. Требований надёжности электроснабжения.

Питание электроприёмника может определяться следующими способами:

А) по радиальной схеме

Б) по магистральной схеме

В) по смешанной схеме

Радиальная схема применяется в тех случаях, когда в цеху или котельной установлены электроприёмники большой мощности или когда электроприёмники малой единичной мощности распределены по цеху неравномерно и сосредоточены на отдельных участках.

Достоинства радиальной схемы:

- высокая надёжность электроснабжения

- удобство эксплуатации

Недостатки радиальной схемы:

- большое число питающих линий

- увеличение протяжённости сети

- увеличенное число защитных и коммутационных аппаратов

Магистральная схема применяется при равномерно распределённых по площади нагрузках.

Достоинства магистральной схемы:

1. небольшое количество отходящих линий

2. уменьшение габаритов распределительных устройств

3. уменьшение расходов металлов

Недостатки магистральной схемы:

1. менее надёжная, чем радиальная

2. менее удобная в эксплуатации

В состав котельной водит некоторое количество электроприёмников. Эти электроприёмники имеют различный режим работы, номинальную мощность, условия работы.

Для выполнения схемы электроприёмников необходимо объединить в группы, учитывая их расположение оборудования по площади.

Таблица 4 – Группы электроприемников

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК КОТЕЛЬНОЙ

Для выполнения схемы электроснабжения электроприемники необходимо объединить в группы, учитывая особенности расположения оборудования по площади цеха.

Если группа электроприемников состоит из большого количества электроприемников, не связанных единым технологическим процессом относительно равномерно распределенных по площади цеха, то такую группу электроприемников целесообразно запитывать от шинопровода. В остальных случаях электроприемникизапитываются от распределительных шкафов или силовых пунктов.

Согласно выше описанного электроприемники ремонтно-механического цеха объединяем по группам.

Определение расчетных нагрузок групп электроприемников и цеха в целом выполняем методом упорядоченных диаграмм.

Метод упорядоченных диаграмм основан на следующем алгоритме:

1.Определение установленной мощности группы электроприемников:

                                              (5.1.1)

При этом значения электроприемников, работающих в повторно-кратковременном режиме, не приводятся к длительному режиму работы;

2.Определение группового коэффициента использования:

                                                       (5.1.2)

где  – коэффициент использования i-го электроприемника, принимается по

справочным данным в зависимости от наименования электроприемника.

3.Определение эффективного количества электроприемников в группе:

                                                  (5.1.3)

Эффективное количество электроприемников  – такое количествоэлектроприемников,одинаковых по мощности и по режиму работы, которые обеспечивают такую же расчетную нагрузку, как и реальное количество электроприемников, различных по мощностям и режимам работы.

4.Определение по справочным номограммам коэффициента расчетной активной нагрузки:

                                                 (5.1.4)

где – постоянная времени нагрева элемента СЭС, на который определяется расчетная нагрузка:

= 10 мин – цеховые электросети, выполненные распределительными шинопроводами (ШРА) и распределительными шкафами(ШР или ПР);

= 2,5 ч – магистральные шинопроводы (ШМА), вводно-распределительные устройства (ВРУ), цеховые трансформаторныеподстанции (ЦТП);

= 30 мин – для сетей 6–10 кВ. В этом случае  = 1 и не зависит от и .

5.Определяется расчетная активная нагрузка:

                                                (5.1.5)

6.Определение расчетной реактивной нагрузки. При этом возможны 2 случая:

· если  = 10 мин,

                                         (5.1.6)

где  – коэффициент реактивной мощности i-го электроприемникав группе, определяется по справочным данным в зависимости от наименования электроприемника;

 – коэффициент расчетной реактивной нагрузки:

                                           (5.1.7)

· если = 2,5 ч (ШМА, ВРУ, ЦТП), а также при = 30 мин (сети 6–10кВ), то

                                               (5.1.8)

где – средневзвешенный коэффициент реактивной мощности группы электроприемников:

                                                 (5.1.9)

7.Определение полной расчетной нагрузки:

                                                       (5.1.10)

8.Определение расчетного тока:

                                                            (5.1.11)

Полученный ток используется для выбора элементов электрической сети по условию допустимого нагрева. При этом условие допустимого нагрева является основным для проектирования систем цехового электроснабжения. Исключение составляют цеха, время использования максимальной нагрузки ( ) которых > 5000 часов. В этом случае выбор элементов электроснабжения осуществляется по экономическим условиям (согласно ПУЭ).

Определяется пиковый ток группы электроприемников

                                   (5.1.12)

где  – наибольший из пусковых токов электроприемников в группе, А;

 – номинальный ток электроприемника с наибольшим пусковым током, А;

 – коэффициент использования электроприемника с наибольшим пусковым током.

Рассмотрим пример расчета электрических нагрузок для группы № 1(станки).

Определим установленную мощность группы электроприемников:

Определим групповой коэффициент использования:

Определим эффективное число электроприемников:

По [4], таблице 2.3 путем интерполяции определяем коэффициент расчетной активной мощности группы электроприемников:

Определим расчетную активную мощность группы электроприемников:

Определим расчетную реактивную мощность группы электроприемников:

Определим расчетную полную мощность группы электроприемников:

Определим расчетный ток группы электроприемников:

Определим пиковый ток группы электроприемников:

Рассмотрим пример расчёта для группы 4 методом упорядоченных диаграмм:

Выполним расчёт нагрузки для одного электроприёмника:

Расчётную нагрузку определяем как номинальную,приведённую к продолжительному режиму работы

 кВт

 =7,402 кВар

Рассчитаем полную нагрузку котельной при работе 6 групп приемников методом упорядоченных диаграмм для групп:

Для остальных групп электроприемников расчет электрических нагрузок выполняется аналогично. Они отображены в таблице 5.6. Данные приведены в таблицах 5.1 – 5.6.

Таблица 5.1 – Группа 1

Наименование	Рпас,кВт	Ки	cos φ	tg φ	η, %	Кп	Кол-во
Токарный станок	5,5	0,21	0,65	1,169	87,5	7,5	1
Радиально-сверлильный	4,0	0,14	0,5		86,5	7,5	2
Резьбошлифовальный станок	5,5	0,14	0,5		87,5	7,5	1
Карусельный фрезерный станок	7,5	0,21	0,65		87,5	7,5	1
Строгальный станок	7,5	0,21	0,65	1,169	87,5	7,5	1
Вентиляция	4,0	0,7	0,8	0,75	86,5	7,5	1

Таблица 5.2 - Котёл А, Группа 2

Таблица 5.3 - Котёл Б, Группа 3

Таблица 5.4 - Котёл А, Группа 4

Таблица 5.5 – Котёл Б, Группа 5

Таблица 5.6 - Группа 6

Наименование	Рпас,кВт	Ки	cosφ	tgφ	η, %	Кп	Кол-во
Кран-балка	4,0	0,4	0,5		74	3,841	1

Сводим результаты по определению электрических нагрузок в одну таблицу 5.7

Группа 1 – станки

Группа 2 – насосы котла А

Группа 3 – насосы котла Б

Группа 4 – дымосос + вентилятор + горелка для котла А

Группа 5 – дымосос + вентилятор + горелка для котла Б

Группа 6 – кран-балка

Таблица 5.6 – Определение электрических нагрузок

Группа	Руст, кВт	Ки	nэ		Рр	Qp, кВар	Sр ,кВА	Iр, А
1	38	0,293	6,534	1,457	13,122	11,447	17,413	26,457
2(котёлА)	49,5	0,75	3,206	1,062	39,427	30,628	49,924	75,852
3(котёлБ)	35,2	0,75	2,93	1,07	30,254	23,327	38,203	58,044
4(котёлА)	-	-	-	-	26,333	16,252	30,944	47,015
5(котёлБ)	-	-	-	-	22,405	14,83	26,868	40,822
6	5,0	-	-	-	4,273	7,402	8,547	12,986
7(цех)	173,1	0,601	15,627	0,9	93,63	82,133	124,549	189,233

Рассчитываем пиковую нагрузку для электроприемников группы №1:

=12,856 А;                  =96,42 А;

= 12,155 А; Х2          =91,163 А; Х2

=16,713 А;                  =125,348 А;

=17,531 А;              =131,483 А;

=17,531 А;                  =131,483 А;

=7,597 А;                =56,978 А;

.

Результаты расчётов сводим в таблицу 5.7

Таблица 5.7 – Расчет пиковых токов групп электроприемников

№ группы ЭП	№ ЭП	, кВт	cosɸ	Ки	, А	,А	,А
1 группа (станки)	12	5,5	0,65	0,21	12,856	59,27	154,259
	13(2)	4,0	0,5	0,14	12,155	125,38
	14	5,5	0,5	0,14	16,713	33,44
	15	7,5	0,65	0,21	17,531	71,49
	16	7,5	0,65	0,21	17,531	89,55
	18	4,0	0,8	0,7	7,597
	3	15	0,8	0,75	28,488	213,66
	4	4,0	0,8	0,75	7,597	56,978
	9	5,5	0,8	0,75	6,485	51,563
	11	3,0	0,8	0,75	3,75	75
3 группа (насосы) Котёл Б	2	15	0,8	0,75	28,488	213,66	250,338
	3	15	0,8	0,75	28,488	213,66
	9	5,5	0,8	0,75	6,875	51,563
	10	2,2	0,8	0,75	2,75	41,25
4группа Котёл А	5	11	0,90	0,65	18,57	139,275	189,074
	7	11	0,89	0,7	20,891	156,683
	8	1,2	0,1	-	2,026	15,195
5 группа Котёл Б	6	7,5	0,90	0,65	18,575	12,949	182,881
	7	11	0,89	0,7	10,303	20,891
	8	1,2	0,1	-	1,176	2,026
6 группа (кран-балка)	17	4,0	0,74	0,1	15,193	58,358	67,546

6 ВЫБОР СЕТЕВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ В НИХ

Выбор шкафов осуществляется по условиям:

                                          (6.1)

где  – номинальный ток шкафа;

 – количество электроприемников в группе;

 – количество присоединений шкафов;

 – ток срабатывания защиты, установленной в шкафу;

 – ток срабатывания защиты электрооборудования.

Рассмотрим пример выбора распределительного шкафа. Для питания

группы №1 с расчетным током 26,457 А и количеством присоединенных

электроприемников 7 шт. принимаем шкаф ПР 8501-023-21УЗ

напольного исполнения с  с числом присоединений – 8, с

автоматическим выключателем током от 16 до 100 А.

В целях экономии все шкафы принимаем без аппаратов на вводе и без однополюсных выключателей.

Выбор остальных распределительных шкафов производим по аналогии

и результаты выбора сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1-Характеристика выбранных распределительных пунктов

Для защиты линий распределительной сети выбираем автоматические выключатели, устанавливаемые в ВРУ цеха.

Выбор источника питания определяется в первую очередь величиной,

питающейся от него электрической нагрузки:

58,044+47,015+40,822+12,986=189,233 А.

При относительно небольших величинах нагрузки 300-350 кВА

принимается для установки ВРУ-1-1×250/6×100.[мук]

 Выбор выключателей сводим в табл. 6.2.(табл.6.5 [1])

Таблица 6.2.-Выбор аппаратов защиты распределительной сети

Продолжение таблицы 6.2

7 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ ДЛЯ СИЛОВОЙ СЕТИ КОТЕЛЬНОЙ

Выбор сечений проводов и кабелей, их марки осуществляется по условиям (3.3.1).

Результаты вычисления расчётных нагрузок участков сети представлены в таблицах 7.1-7.8.

Кабели выбираем по [1], табл. 6.7.Результаты выбора кабелей сведены в таблицу 7.1

Таблица 7.1 – Выбор сечения проводов и кабелей

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.А.Г. Ус, В.В. Бахмутская Электроснабжение промышленных предприятий: методическое указание к изучению одноименного курса для студентов заочной форм обучения специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение».- Гомель: ГГТУ им.П.О. Сухого, 2008;

2. В.Б. Козловская, В.Н. Радкевич, В.Н. Сацукевич Электрическое освещение. – М.: «Техноперспектива», 2007;

3. В. Н. Радкевич Проектирование систем электроснабжения.- Мн.: НПООО «ПИОН», 2001;

4. А.Г. Ус, Л.И. Евминов Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий.- Мн.: НПООО «ПИОН», 2002;

5. ГОСТ 28249-93 Короткие замыкания в электроустановках.Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.- Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск Издательство стандартов,1994;

6. Ю.Н. Колесник, Н.В. Токочакова Промышленные потребители электрической энергии: практикум по одноименному курсу для студентов специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение».- Гомель: ГГТУ им.П.О. Сухого, 2006;