мощности трансформаторов……………………………………………...стр.18
4.1. Общие сведения……………………………………………………….стр.20
4.2. Выбор местонахождения подстанции, числа
и мощности трансформаторов………………………………………..стр.21
4.3. Вывод…………………………………………………………………..стр.22
Введение
В настоящее время нельзя представить себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества. Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли народного хозяйства и быт людей. Основное достоинство электрической энергии – относительная простота производства, передачи, дробления и преобразования. Все возможное электрическое оборудование применяется в различных электрических системах и характеризуется номинальным напряжением. При номинальном напряжении установки работают в нормальном и экономичном режиме, это не столь малый фактор для производства. Если электроустановка работает в нормальном и экономичном режиме то это значительно увеличивает число и качество производимой продукции.
На первой стадии развития электроэнергетика представляла собой совокупность отдельных электростанций, не связанных между собой. Каждая из электростанций через собственную сеть передавала электроэнергию потребителям. В дальнейшем стали создаваться электрические системы, в которых электрические станции соединялись электрическими сетями и включались на параллельную работу. Отдельные территориальные энергосистемы в свою очередь также объединялись, образуя в свою очередь долее крупные энергосистемы. Тенденция к образованию более крупных энергетических объединений проявлялась во многих европейских странах. Общее стремление к объединению систем вызвано огромным преимуществом по сравнению с отдельными станциями. Ещё бы, вить при создании объединенных энергетических систем можно уменьшить суммарную установленную нагрузку на электростанции. Это не мола важно в наше время. Сейчас с каждым днем, с развитием науки и техники неудержимо растет количество киловат потребляемой энергии. В связи с этим, с каждым годом, все больше и больше инвестиций вкладывается в развитие энергетики страны. А именно разрабатываются новые альтернативные источники электроэнергии, строятся новые электростанции, повышается качество электроэнергии, усовершенствуются способы передачи ее на расстояния.
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА
Механический цех серийного производства (МЦСП) предназначен для серийного выпуска продукции для завода тяжелого машиностроения.
Он является вспомогательным звеном в цепи промышленного производства завода. Цех имеет станочное отделение, производственные, вспомогательные, бытовые и служебные помещения. ЭСН осуществляется от главной понижающей подстанции (ГПП) напряжением 6 и 10 кВ, расположенной на территории завода на расстоянии 1,2 км от цеха. От энергосистемы до ГПП – 12 км.
Количество рабочих смен – 2. Потребители цеха относятся к 1,2 и 3 категории надежности (ЭСН).
Грунт в районе цеха – глина с температурой +10 о
С.
Дополнительная нагрузка КПЦ в перспективе составит:
Каркас здания смонтирован из блоков-секций длиной 4 м каждая.
Размеры участка А х В х Н = 48 х 32 х 8 м.
Все вспомогательные помещения двухэтажные высотой 3,5 м.
Перечень электрооборудования (ЭО) цеха МЦСП приведен в таблице 1.1
Мощность электропотребления указана для одного электроприемника.
Расположение основного оборудования показано на плане.
Таблица 1.1 Перечень ЭО Механического цеха серийного производства
№ на плане
Наименование ЭО
Примечание
1…3
Карусельный фрезерный станок
10
4,5
Станок заточный
3,2
1 – фазный
6,7
Станок наждачный
1,6
1 – фазный
8
Вентилятор приточный
32
9
Вентилятор вытяжной
30
10
Продольно-строгальный станок
52,5
11,12
Плоско шлифовальный станок
24
13…15
Продольно-фрезерный станок
18,5
16…18
Резьбонарезной станок
5
19,20
Токарно-револьверный станок
22
21…28
Полуавтомат фрезерный
10,5
29,30
Зубофрезерный станок
19
31…34
Полуавтомат зубофрезерный
8,5
35
Кран мостовой
32кВА
ПВ = 60%
cosφ = 0,92
2 РАЗРАБОТКА ВАРИАНТА СХЕМЫЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1. Близкие по территории электроприемники (ЭП) необходимо отнести к одному распределительному пункту (РП).
2. Количество ЭП на один РП должно быть от 6 до 12.
3. Максимальный расчетный ток (
) должен быть не более 500 А.
4. ЭП мощностью, более 100 кВт подключаются непосредственно
к распределительному устройству (РУ) – 0,4 кВ.
5. Для двухтрансформаторной подстанции распределение РП должно
быть равномерным на каждую секцию, допускается отличие не более, чем на 10%.
6. Если есть ЭП большой мощности (400 кВт, кВ*А), то они не могут
быть ЭП низкого напряжения, это ЭП высокого напряжения 6…10 кВ, они питаются по своим трансформаторам, подключенным к РУ – 6…10 кВ.
По условию, даны потребители электроэнергии, которые имеют вторую и третью категорию надежности электроснабжения (ЭСН).
К первой категории относятся ЭП, нарушение электроснабжение которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, массовый брак продукции.
Ко второй категории относят ЭП, нарушение электроснабжение которых не должна превышать полутора часов, необходимых для включения резерва.
К третьей категории относят ЭП, для которых допустимы перерывы в электроснабжении на время ремонта не более суток.
Согласно условию, выбирается цеховая радиальная схемуа ЭСН с РП первой категории, представленная на рисунке 2.1.
Значение электрических нагрузок необходимо для выбора и проверки проводников и трансформаторов по пропускной способности и экономической плотности тока, а также для расчета потерь и отклонений напряжений, колебания напряжения, выбора защиты, и компенсирующих устройств.
Электрическая нагрузка рассчитывается методом упорядоченных диаграмм. Электроприемники (ЭП) имеют либо постоянный график нагрузки (группа Б), либо переменный график нагрузки (группа А). Отнесение данного i-го ЭП к группе А или группе Б производится по его коэффициенту использования (
):
–группа А
–группа Б
С учетом групп А и Б определяется расчетная активная (
) и расчетная реактивная (
) мощности через соответствующие средние активные (
) и реактивные (
) мощности.
Далее определяется эффективное число ЭП (
) по формуле:
(3.1)
,
где
– номинальная активная мощность i-го ЭП;
m - количество групп ЭП;
- количество ЭП i-ой группы.
Коэффициент максимума по активной мощности (
) принимается равным единице в случае, если
или
. Коэффициент максимума по реактивной мощности (
) в зависимости от
. Если
, то
, если
, то .
После определения расчетной мощности
она сравнивается с суммарной номинальной мощностью трех наиболее мощных ЭП (
), если она окажется меньше, то за расчетные принимается
.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
При подготовке исходных данных к расчету на компьютере все ЭП объекта делятся на группы однотипных ЭП. Каждой группе присваивается номер от 1 до 100. В группу входят ЭП, которые имеют одинаковые номинальные мощности
коэффициенты мощности
и
независимо от местоположения и назначения.
Таблица 3.2 Исходные данные РП 1
Тип установки
1 Кран мостовой
1
32кВА
0,50
0,10
2 Карусельно фрезерный ста нок
3
10,0
0,60
0,16
3 Станок заточный
2
9,60
0,50
0,14
4 Станок наждачный
2
4,80
0,65
0,17
5 Вентилятор приточный
1
32,0
0,80
0,65
6 Вентилятор вытяжной
1
30,0
0,80
0,65
7 Продольно-строгальный станок
1
52,5
0,65
0,17
В таблице 3.2 приняты следующие обозначения:
– количество ЭП в группе;
– номинальная активная мощность одного ЭП в группе;
– коэффициент реактивной мощности группы;
– коэффициент использования группы.
РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК РП1
Определяем общее количество ЭП РП 1 (n):
(3.3)
,
где m – количество групп ЭП, m=2, таблица 3.2
По коэффициенту использования
, взятому из таблицы 3.2 определяем группу ЭП:
, группа А;
, группа А.
, группа А.
, группа А.
, группа А.
, группа А.
, группа А.
Распределение ЭП по группам приведено в таблице 3.4
Таблица 3.4 Распределение ЭП РП 1
Тип установки
Группа
,
шт
, кВт
Кран мостовой
А
1
16
0,50
1,730
0,10
Карусельно фрезерныйста нок
А
3
10,0
0,60
1,330
0,16
Станок заточный
А
2
9,60
0,50
1,730
0,14
Станок наждачный
А
2
4,80
0,65
1,169
0,17
Вентилятор приточный
А
1
32,0
0,80
0,750
0,65
Вентилятор вытяжной
А
1
30,0
0,80
0,750
0,65
Продольно-строгальный станок
А
1
52,5
0,65
1,169
0,17
Расчет номинальной активной мощности для мостового крана расчитывается по формуле:
Номинальная активная мощность ЭП группы А (
):
(3.5)
Так как ЭП группы Б отсутствуют, то определять долю группы А не следует.
Номинальная реактивная мощность ЭП (
):
(3.6)
где
- коэффициент реактивной мощности ЭП, соответствующий
, берем из таблицы 3.3
Определим среднюю активную (
) и реактивную (
) мощности:
(3.7)
(3.8)
Определим эффективное число ЭП (
) по формуле (3.1):
шт
Коэффициент использования (
):
(3.9)
Коэффициент максимума РП 1 по активной мощности (
) берем из распечатки на с. 16:
Коэффициент максимума по реактивной мощности определяем исходя из следующего условия:
если
то
если
то
Исходя из указанных условий, следует,
значит выбираем
Определяем расчетную активную мощность (
):
(3.10)
Определяем расчетную реактивную мощность (
):
Определяем средний коэффициент мощности РП 1 (
, о.е.):
(3.11)
Определяем полную расчетную мощность РП 1 (
):
(3.12)
Определяем расчетный ток (
):
(3.13)
Правильность ручного расчета подтверждаться совпадением результатов с результатами, полученными в распечатке на с. 16.
ВЫВОД
Сводная ведомость нагрузок (по всем РП, ЭП и по цеху) представлена в таблице 3.14
Таблица 3.14 Сводная ведомость нагрузок
Наименование ЭП
Кол-во ЭП
Рном
, кВт
Qном
, квар
nэ
Ки
Км
Км
1
cosφ
Рс
, кВт
Qс
, кВар
Рр
, кВт
Qр
, квар
Sр
,
кВА
IР
,
А
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Кран мостовой
1
24,48
42,860
3,065
0,10
0,50
2,478
4,2870
Карусельно фрезерный
3
10,00
39,900
0,30
0,16
0,60
4,800
6,3840
Станок заточный
2
9,600
33,216
5,98
0,14
0,50
2,688
4,6500
Станок наждачный
2
4,800
11,222
0,24
0,17
0,65
1,632
1,9070
Вентилятор приточный
1
32,00
24,000
0,50
0,65
0,80
20,80
15,600
Вентилятор вытяжной
1
30,00
22,500
0,50
0,65
0,80
19,50
14,625
Продольно-строгальный
1
52,50
61,372
1,36
0,17
0,65
8,925
10,433
Итого по РП 1
11
198,08
235,279
6,736
0,307
1,806
1,1
0,724
60,823
57,915
114,5
107,879
157,316
0,23902
Продольно-фрезерный станок
3
18,5
64,879
0,33
0,17
0,65
9,435
11,029
Резьбонарезной станок
3
5,00
17,535
0,33
0,17
0,65
2,550
2,9809
Полуавтомат зубофрезерный
4
8,50
39,746
0,25
0,17
0,65
5,780
6,7568
Зубофрезерный станок
2
19,0
44,422
0,50
0,17
0,65
6,460
7,5510
Итого по РП 2
12
142.5
166.601
9.611
0.17
2.029
1.1
0.65
24.225
28.322
56.5
66.056
86.923
0.13207
Плоско шлифовальный станок
2
24
56,112
0,50
0,17
0,65
8,16
9,5390
Токарно-револьверный станок
2
22
51,436
0,50
0,17
0,65
7,48
8,7440
Полуавтомат зубофрезерный
8
10,5
111,72
0,01
0,16
0,65
13,44
15,711
Итого по РП 3
12
176
219.56
10.318
0.165
2.001
1.0
0.626
29.08
36.205
70.0
81.839
107.692
0.16363
Итого по цеху
35
516.58
621.439
24.394
0.221
1.386
1.0
0.628
114.128
122.443
158.181
122.443
200.033
0.30393
ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕЩЕНИЯ
Установленная мощность осветительной нагрузки предприятий определяется на основании светотехнических расчетов и представляет собой сумму мощностей всех ламп данной установки. Установленная мощность всегда бывает больше средней, т. е. действительно затрачиваемой, т. к. в зависимости от характера производства и назначения помещений часть ламп по разным причинам обычно не включена.
Поэтому для получения средней мощности вводят поправочный коэффициент, называемый коэффициентом спроса освещения (
).
При расчетах принимается освещенность Е = 300 лк.
Коэффициент, характеризующий удельную плотность осветительной нагрузки на 100 лк - W100
, который зависит от площади цеха А.
Определим номинальную активную мощность освещения (
):
(3.15)
Определим среднюю активную мощность освещения (
):
(3.16)
где
– коэффициент спроса освещения.
, если производственное здание состоит из отдельных
помещений.
Определим среднюю реактивную мощность освещения (
):
4 ВЫБОР МЕСТАНАХОЖДЕНИЯ ПОДСТАНЦИЙ, ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Общие сведения
От правильного размещения подстанций на территории промышленного предприятия, а так же от числа подстанций и мощности трансформаторов, установленных в каждой подстанции, зависят экономические показатели и надежность системы электроснабжения потребителей.
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на потребительских подстанциях 6 … 10/0,4 кВ определяется величиной и характером электрических нагрузок, требуемой надежностью электроснабжения, территориальным размещением нагрузок и перспективным их изменением и выполняется при необходимости достаточного основания на основании технико-экономических расчетов.
Как правило, в системах электроснабжения применяются одно- и двухтрансформаторные подстанции (ТП).
Однотрансформаторные подстанции ТП 6 … 10/0,4 кВ применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время не более 1 суток, необходимый для ремонта или замены поврежденного элемента (питание электроприемников III категории), а также для питания электроприемников II категории, при условии резервирования мощности по перемычкам на вторичном напряжении, или при наличии складского резерва трансформаторов.
Электроснабжение населенного пункта, микрорайона города, цеха, группы цехов или всего предприятия может быть обеспечено от одного или нескольких трансформаторных подстанций. Целесообразность сооружения одно- или двухтрансформаторных ТП определяется в результате технико-экономического сравнения нескольких вариантов системы электроснабжения. Критерием выбора варианта является минимум приведенных затрат на сооружение системы электроснабжения. Сравниваемые варианты должны обеспечивать требуемый уровень надежности электроснабжения.
В системах электроснабжения промышленных предприятий наибольшее применение нашли следующие единичные мощности трансформаторов: 630, 1000, 1600 кВА. Практика проектирования и эксплуатации показала необходимость применения однотипных трансформаторов одинаковой мощности, так как разнообразие их создает неудобства обслуживания и вызывает дополнительные затраты на ремонт.
В общем случае выбор мощности трансформаторов производится на основании следующих основных исходных данных: расчетной нагрузки объекта электроснабжения, продолжительности максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, нагрузочной способности трансформаторов и их экономической загрузки.
Основным критерием выбора единичной мощности трансформаторов при технико-экономическом сравнении вариантов является, как и при выборе количества трансформаторов, минимум годовых приведенных затрат.
Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов выполняется по удельной плотности расчетной нагрузки (
):
(4.1.1)
где
– расчетная нагрузка цеха;
– площадь цеха.
Для напряжения 380 В известны следующие данные:
1. При
- целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно.
2. При
– мощностью 1600 кВА.
3. При
– мощностью 1600 или 2500 кВА.
Однако эти рекомендации не являются достаточно обоснованными вследствие того, что цены на электрооборудование и, в частности, на ТП меняются быстро.
В проектной практике номинальная мощность трансформаторов (
) часто выбирают по средней нагрузке (
) за максимально загруженную смену:
(4.1.2)
,
где N – число трансформаторов;
– коэффициент загрузки трансформатора, определяется по
таблице 2.5.1 [9].
Важное значение при выборе мощности трансформаторов имеет правильный учет их нагрузочной способности. Под нагрузочной способностью трансформатора понимается совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок из расчета теплового износа изоляции трансформатора. Если не учитывать нагрузочную способность трансформаторов, то при выборе можно необоснованно завысить их номинальную мощность, что экономически не целесообразно.
На большинстве подстанций нагрузка трансформаторов изменяется и в течение продолжительного времени остается ниже номинальной. Значительна часть трансформаторов выбирается с учетом послеаварийного режима, и поэтому в нормальном режиме они остаются длительное время недогруженными. Кроме того, силовые трансформаторы рассчитываются на работу при допустимой температуре окружающей среды, равной +40˚С. В действительности они работают в обычных условиях при температуре окружающей среды до +20…+30˚С. Следовательно, силовой трансформатор в определенное время может быть перегружен
с учетом рассмотренных выше обстоятельств без всякого ущерба для установленного ему срока службы (20…25 лет).
На основании исследований различных режимов работы трансформаторов разработан ГОСТ 14209 – 85, регламентирующий допустимые систематические перегрузки и аварийные перегрузки силовых масляных трансформаторов общего назначения мощностью до 100 МВ*А включительно с видами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц и с учетом температуры охлаждения среды.
Следует также отметить, что нагрузка трансформатора свыше его номинальной мощности допускается только при исправной и полностью включенной системе охлаждения трансформаторов.
Так как выбор количества и мощности трансформаторов, в особенности потребительских подстанций 6 … 10/ 0,4 … 0,23 кВ, определяется часто в основном экономическим фактором, то существенным при этом является учет компенсации реактивной мощности в электрических сетях потребителя. Компенсируя реактивную мощность в сетях до 1000В, можно уменьшить количество ТП 10/0,4, их номинальную мощность. Особенно это существенно для промышленных потребителей, в сетях до 1000В, в которых приходится компенсировать значительные величины реактивных нагрузок.
Существующая методика по компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий и предлагает выбор мощности компенсирующих устройств с одновременным выбором количества трансформаторов подстанций и их мощности.
Таким образом, сложность непосредственных экономических расчетов из-за быстро меняющихся стоимостных показателей строительства подстанций и стоимости электроэнергии, при проектировании новых и реконструкции действующих потребительских подстанций 6 … 10/0,4 … 0,23 кВ, выбор мощности силовых трансформаторов может быть выполнен в сетях промышленных предприятий исходя из следующих условий:
1. Единичную мощность трансформаторов выбирать в соответствии с рекомендациями удельной плотности расчетной нагрузки и полной расчетной нагрузки объекта.
2. Выбор мощности трансформаторов должен осуществляется с учетом рекомендуемых коэффициентов загрузки и допустимых аварийных перегрузок трансформаторов.
3. При наличии типовых графиков нагрузки выбор следует вести в соответствии с ГОСТ 14209 – 85 с учетом компенсации реактивной мощности в сетях до 1000В.
Исходные данные
1) Расчетная активная мощность
(с. 19);
2) Расчетная реактивная мощность
(с. 19);
3) Площадь цеха А, м2
(по плану).
Выбор местонахождения подстанции, числа и мощности трансформаторов
Выбрать количество и мощность трансформатора цеховой ТП по следующим исходным данным:
(с. 19),
(с. 19), и
(с. 19),
(по плану); категория электроприемников (ЭП) по степени надежности электроснабжения – перва, вторая и третья.
Определим удельную плотность нагрузки для ориентировочного выбора мощности цехового трансформатора по формуле (4.1.1):
Следовательно, целесообразно применять трансформатор мощностью до 1000 кВА.
Полная средняя мощность (
) определяется по выражению:
(4.1.3)
По средней мощности (261,664 кВ*А) и требуемому уровню надежности электроснабжения (вторая и третья категории ЭП), следует принять однотрансформаторную подстанцию с резервом.
Определим номинальную мощность трансформатора по формуле (4.1.2):
где
= 0,7 по таблице 2.5.1 [9].
ВЫВОД
По таблице 5.1.1 [8] выбираем ближайшую стандартную мощность трансформатора. В данном случае выбираем
и трансформатор типа ТМ3 –250/10/0,4 со следующими техническими данными: