РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК,

ВЫБОР ГЛАВНЫХ СХЕМ И ОБОРУДОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие

Омск – 2001

, С.Г. Диев, ,

 
, ,

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК,

ВЫБОР ГЛАВНЫХ СХЕМ И ОБОРУДОВАНИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫХПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие

Омск 2001

УДК 621.3.01

ББК 31.27-02+31.29я73

Р24

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор

канд. техн. наук, доцент

 
Р24 Расчет электрических нагрузок, выбор главных схем и оборудования промышленных предприятий: Учеб. пособие / , , ВВ. Карпов, , ;

Под общ. ред/. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001.104 с.

ISBN -9

Изложены основные сведения по расчету электрических нагрузок, приведены необходимые сведения для выбора главных схем и основного электрооборудования

систем электроснабжения промышленных предприятии.

Пособие предназначено для студентов старших курсов специальностей 10.04.00 и 18.13.00 очной, вечерней и заочной форм обучения.

ISBN -9 © Авторы, 2001

© Омский государственный

технический университет, 2001

СОДЕРЖАНИЕ

Принятые сокращения .................................................................................... 4

Введение........................................................................................................... 5

1. Задание на проектирование и исходные данные........................................ 6

2. Расчет электрических нагрузок потребителей............................................ 6

2.1. Расчет нагрузок цеха.............................................................................. 7

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2.2. Расчет нагрузок предприятия............................................................... 14

2.3. Выбор компенсирующих устройств и мест их установки.................. 16

3. Определение центра электрических нагрузок ........................................... 18

3.1. Построение картограммы нагрузок .................................................... 18

3.2. Определение центра электрических нагрузок ..................................... 19

3.3. Выбор места расположения ППЭ........................................................ 20

4. Система питания .........................................................................................21

4.1. Построение графиков нагрузки...........................................................21

4.2. Выбор рационального напряжения..................................................... 21

4.3. Выбор силовых трансформаторов ПЭЭ.............................................22

4.4. Выбор схем распределительных устройств высшего напряжения.... 24

4.5. Выбор питающих линий электропередач (АЭП)................................. 25

4.6. Выбор схем распределительных устройств низшего напряжения

ППЭ.......................................................................................................27

5. Система распределения.............................................................................. 29

5.1. Выбор напряжения распределения.....................................................29

5.2. Выбор схемы распределения и способа канализации

электрической энергии .......................................................................29

5.3. Выбор распределительных пунктов б-10 кВ...................................... 32

5.4. Выбор цеховых КТП.............................................................................. 33

5.5. Выбор сечения и марки проводников системы распределения........36

6. Расчет токов короткого замыкания ............................................................37

6.1. Расчет токов короткого замыкания методом эквивалентных ЭДС..... 37

6.2. Выбор и проверка основного высоковольтного электрообору­дования .................................................................................................45

6.3. Проверка кабельных линий по термической стойкости...................... 54

б.4. Выбор и проверка коммутационных аппаратов 0,4 кВ....................... 54

Приложение 1. Пример расчета электроснабжения предприятия............. 56

Приложение 2. Показатели электрических нагрузок ...................................88

Приложение 3. Графики электрических нагрузок по отраслям.................. 97

Список лигтературы....................................................................................


ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ПУЭ - правила устройства электроустановок

СЭС - система электроснабжения

ИП - источник питания

ППЭ - пункт приема электроэнергии

ГПП - главная понизительная подстанция

ПГВ - подстанция глубокого ввода

РУ - распределительное устройство

РП - распределительный пункт электроэнергии

ТП - трансформаторная подстанция

КТП - комплектная трансформаторная подстанция

ВН - высшее напряжение

НН - низшее напряжение

ОРУ - открытое распредустройство

ЛЭП - линии электропередач

ВЛ - воздушная линия электропередач

КЛ - кабельная линия электропередач

Uрац - рациональное напряжение

ЦЭН - центр электрических нагрузок

ТЭР — технико-экономический расчет

РМЦ - ремонтно-механический цех

ЭП - приемник электрической энергии

ПВ - продолжительность включения

Рр - расчетная активная мощность

Qр - расчетная реактивная мощность

Sр - расчетная полная мощность

Iр - расчетный ток нагрузки

КЗ - короткое замыкание

ЭДС - электродвижущая сила

АД - асинхронный двигатель

ШМА - шинопровод магистральный

ПКТ - предохранитель кварцевый токоограничивающий

ВНП - выключатель нагрузки подвесной

ТН - трансформатор напряжения

ТТ - трансформатор тока

Введение

Одной из главных проблем современной промышленной энергетики является наиболее рациональное построение системы электроснабжения, выполнение всех ее основных принципов. Это связано с огромным ростом энерговооруженности труда, широким внедрением электротехнологических процессов, значительным увеличением электропотребления.

При рациональном построении систем электроснабжения предприятия возникает проблема оптимизации этих систем, которая включает следующие задачи: выбор рациональных напряжений как системы питания, так и сис­темы распределения; выбор места размещения подстанций; выбор средств компенсации реактивной мощности и места их размещения.

Решение основной проблемы современных систем электроснабжения промышленных предприятий невозможно без решения других, не менее важных задач: обеспечения требуемой надежности питания потребителей, определения допустимых нагрузок элементов системы, автоматизации управления рассматриваемой системы.

Целью настоящего пособия является оказание методической помощи студентам специальности 10.04.00 - «Электроснабжение промышленных предприятий» и 18.13.00 - «Электрооборудование и электрохозяйство пред­приятий, организаций и учреждений» при выполнении учебного проекта. В пособии рассматривается пример расчета и построения схемы электро­снабжения машиностроительного завода, что позволяет студентам на наглядном примере разобраться с методикой расчета. Также приводятся реко­мендации и способы решения наиболее часто встречающихся вопросов и некоторые справочные данные.

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Задание на учебный проект выдается каждому студенту руководителем проектирования. Содержание этого задания вместе со всеми необходимыми исходными данными записывается на специальном бланке "Задание", в ко­тором также указывается дата выдачи и срок сдачи законченного проекта на проверку руководителю. Бланк задания подписывается руководителем и ут­верждается заведующим кафедрой.

В состав исходных данных входит генеральный план промышленного пред­приятия, изображенный в соответствующем масштабе с расположением и конфигурацией цехов и других объектов заводского хозяйства. Генераль­ный план промышленного предприятия дает возможность студентам в са­мом начале проектирования дополнить исходную информацию, необхо­димую для проектирования, а именно: составить краткое описание техноло­гического процесса, по которому определяется для каждого цеха в отдель­ности требуемая степень надежности (категории надежности) электро­снабжения электроприемников, характер окружающей среды по пожаро-взрывоопасности и по поражению человека электрическим током.

В исходные данные входят также характеристики источника питания и его расстояние до предприятия. В качестве источника питания, как правило, зада­ется подстанция энергосистемы.

В качестве примера: задание на проектирование, расчет и выбор элемен­тов системы электроснабжения приведены в Приложении 1.

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Расчет электрических нагрузок является главным вопросом при проекти­ровании любой промышленной электрической сети. Для проектирования используется расчетная нагрузка.

Расчетная нагрузка (Рр ; Qр ; Sр ) используется для выбора элементов сис­темы электроснабжения на всех уровнях напряжения т. е. для электропри­емников и их групп, для цехов или предприятия в целом, для целей выбора сечения проводников, трансформаторов, пунктов приема электроэнергии (ППЭ), коммутационных аппаратов, измерительных трансформаторов и т. п.

Существует много методов определения расчетных нагрузок, которые подробно излагаются в лекционном курсе и приведены в [1 - 4], однако выбор метода определения нагрузок при учебном проектировании во многом за­висит от наличия исходной информации. Расчетная нагрузка цеха (для при­мера будем рассматривать ремонтно-механический цех: РМЦ) определяется методом упорядоченных диаграмм, а нагрузка всех остальных цехов, в том числе и мощности электрического освещения - по коэффициенту спроса.

2.1. Расчет нагрузок цеха

В методе упорядоченных диаграмм, проверенном экспериментально, устанавливается в общем виде приближенная аналитическая зависимость расчетного коэффициента от основных показателей режима работы отдель­ных независимых электроприемников и от их эффективного числа. Эффек­тивное число электроприемников nэ - это такое число однородных по режи­му работы приемников одинаковой мощности, которое обусловливает ту же расчетную нагрузку, что и рассматриваемые различные по номинальной мощности и режиму работы электроприемники. Эта зависимость получена на основе применения кривых распределения или упорядоченных диаграмм для значения групповой нагрузки, показателей режима работы электропри­емников и для их номинальных мощностей. С этим связано и само наимено­вание метода.

Выполнение самих расчетов производится с целью определения расчет­ного коэффициента в зависимости от средневзвешенного коэффициента ис­пользования подгруппы электроприемников и их эффективного числа:

Кр = f (nр, Кр ). Обоснование данной зависимости сводится к следующему.

Расчетные значения групповых показателей определяют упорядоченную диаграмму значений групповой нагрузки и расчетную модель графика на­грузки, по которой определяется расчетная нагрузка.

Наличие зависимости расчетной нагрузки от показателей режима рабо­ты позволяет предвидеть ее изменения в будущем при изменении техноло­гических режимов; в некоторых случаях показатели режима работы электро­приемников могут быть определены по характеристикам технологического процесса.

Следует также указать, что хотя данный метод разработан для незави­симых электроприемников, он применим и к электроприемникам поточных производств.

Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением до 1 кВ по данному ме­тоду производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шкафа, сборки, магистрального шинопровода и т. п.), а также по цеху, корпу­су в целом. Электроприемники разбиваются на подгруппы по присоедине­ниям к узлу питания. В специальной литературе прошлых лет рекомендова­лось разбивать ЭП на подгруппы с одинаковыми режимами работы, т. е. оди­наковыми коэффициентами использования Ки и коэффициентами мощности cos<p (tgq)). Но в "Указаниях по расчету электрических нагрузок", введенных в действие с 1990 г., был внесен ряд корректив для расчета нагрузок. Эти изменения привели к упрощению расчетов и способствовали расширению его применения. Данные указания были выпущены в порядке опытно-про­мышленного внедрения, а по итогам их трехлетнего применения в проектной практике были изданы откорректированные указания РТМ 36.18.32.4-92.[З]. На основании их и будем производить расчет.

Следует отметить, что количество приемников электрической энергии в подгруппе должно определяться из условия возможности их подключения к узлу питания.

Для удобства расчета составляется табл.2.1

____ Таблица 2.1

№ ЭП

по табл. П 1.1

n, кол-во ЭП

шт

Установленная

мощность

Кн

cosj / tgj

Кн × Рн

Кн × Рн × tgj

n × рн2

nз, эффективное

число ЭП

Кр

Рр, кВт

Qр, квар

Sр,

кВ × А

Ip,

А

Рн

Рн

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

В ней указаны: рн - номинальная (установленная) мощность одного элект­роприемника; Рн - суммарная номинальная мощность ЭП подгруппы; n - действительное число ЭП в подгруппе; cosj / tgj - значение коэффициента мощности подгруппы; Кн - значения коэффициентов использования электро­приемников подгруппы. Далее указаны величины, которые необходимо рассчитать: nэ - эффективное (приведенное) число электроприемников;

Кр - коэффициент расчетной нагрузки; Рр и Qр - расчетные активная и ре­активная мощности подгруппы, Sр - полная мощность подгруппы.

Графы 2-6 табл. 2.1 заполняются на основании полученных от технологов таблиц-заданий по проектированию электротехнической части (графы 2-4) и согласно справочным материалам (графы 5,6), в которых приведены значе­ния коэффициентов использования и реактивной мощности для инди­видуальных ЭП. В графах 7,8 и 9 записываются промежуточные расчетные величины, при этом в итоговых строках этих граф определяются суммы этих величин. В графах 10-15 определяются расчетные величины.

При включении однофазного электроприемника на фазное напряжение этот приемник учитывается как эквивалентный трехфазный ЭП номиналь­ной мощностью:

pн = 3 × pн.0;

qн = 3 × qн.0,

где pн.0, qн.0 - активная и реактивная мощности однофазного ЭП.

При включении однофазного ЭП на линейное напряжение этот прием­ник учитывается как эквивалентный ЭП номинальной мощностью:

При наличии группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15 % по отношению к общей мощности трех­фазных и однофазных электроприемников в группе, они могут быть пред­ставлены в расчете как эквивалентная группа трехфазных приемников элект­рической энергии с той же суммарной номинальной мощностью.

В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощ­ность эквивалентной группы однофазных ЭП принимается равной тройному значению мощности наиболее загруженной фазы.

Коэффициенты использования и мощности подбираются из справочной литературы. При наличии интервальных значений К следует для расчета при­нимать наибольшее значение. Так как группируем ЭП без условия равенства коэффициента использования, то находим групповой средневзвепйяный коэф­фициент использования для данного узла питания (подгруппы) по формуле:

где n - число характерных электроприемников входящих в данную группу.

Коэффициент расчетной нагрузки К - один из основных расчетных коэф­фициентов, который обычно находят по кривым зависимости Кр = f(n3, КИ ) (рис. 2.1). Он зависит от эффективного числа электроприемников, средневзве­шенного коэффициента использования, а также от постоянной времени на­грева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки. В указаниях приняты следующие постоянные времени нагрева:

Т0 = 10 мин - для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределитель­ные шинопроводы, пункты сборки, щиты. Значение К для этих сетей прини­мается по табл. 3.2 или кривым зависимости

Кр = f(nЭ, Ки ).

Т0 = 2,5 ч - для магистральных шинопроводов и цеховых трансфор­маторов. Значение Кр для этих сетей принимается по табл. 2.3.

Т0 ³ 30 мин - для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные подстанции и распределительные устройства. Расчетная мощность для этих элементов определяется при Кр = 1.

Как видим, для определения коэффициента расчетной нагрузки необхо­димо знать эффективное число электроприемников подгруппы. Это число рассчитывается по формуле

где Р2 - групповая номинальная активная мощность; рн - номинальная мощность одного электроприемника; n - число электроприемников в подгруппе.

Таблица 2.2

n0

Коэффициент использования Ки

0,1

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

25

30

35

40

45

50

60

70

80

8,00

6,22

4,05

3,24

2,84

2,64

2,49

2,37

2,27

2,18

2,11

2,04

1,99

1,94

1,89

1,85

1,81

1,78

1,75

1,72

1,6

1,51

1,44

1,4

1,35

1,3

1,25

1,2

1,16

5,33

4,33

2,89

2,35

2,09

1,96

1,86

1,78

1,71

1,65

1,61

1,56

1,52

1,49

1,46

1,43

1,41

1,39

1,36

1,35

1,27

1,21

1,26

1,13

1,1

1,07

1,03

1,0

1,0

4,00

3,39

2,31

1,91

1,72

1,62

1,54

1,48

1,43

1,39

1,35

1,32

1,29

1,27

1,25

1,23

1,21

1,19

1,17

1,16

1,1

1,05

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

2,67

2,45

1,74

1,47

1,35

1,28

1,23

1,19

1,16

1,13

1,1

1,08

1,06

1,05

1,03

1,02

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

2,00

1,98

1,45

1,25

1,16

1,14

1,12

1,1

1,09

1,07

1,06

1,05

1,04

1,02

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,6

1,6

1,34

1,21

1,16

1,13

1,1

1,08

1,07

1,05

1,04

1,03

1,01

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,33

1,33

1,22

1,12

1,08

1,06

1,04

1,02

1,01

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,14

1,14

1,14

1,06

1,03

1,01

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

При значительном числе электроприемников (магистральные шинопроводы, шины цеховых трансформаторных подстанций в целом по корпусу, а так же и предприятию) эффективное число ЭП можно определить по упрощенному выражению:

,

где рн. макс – номинальная мощность наиболее мощного электроприемника группы.

Таблица 2.3

Значения коэффициентов Кp на шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводов напряжением до 1 кВ

n0

Коэффициент использования Ки

0,1

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7 и более

1

8,00

5,33

4,00

2,67

2,00

1.6

1,33

1,14

2

5,01

3,44

2,69

1,9

1,52

1,24

1,11

1,0

3

2,94

2,17

1,8

1,42

1,23

1,14

1,08

1,0

4

2,28

1,73

1,46

1,19

1,06

1,04

1,0

0,97

5

1,31

1,12

1,02

1,0

0,98

0,96

0,94

0,93

6-8

1,2

1,0

0,96

0,95

0,94

0,93

0,92

0,91

9-10

1,1

0,97

0,91

0,9

0,9

0,9

0,9

0,9

10-25

0,8

0,8

0,8

0,85

0,85

0,85

0,9

0,9

25-50

0,75

0,75

0,75

0,75

0,75

0,8

0,85

0,85

Более 50

0,65

0,65

0,65

0,7

0,7

0,75

0,8

0,8

Если найденное по упрощенному выражению число nэ окажется больше n, то следует принимать nэ = n. Если рн. макс / рн. мин £ 3, где рн. мин - номинальная мощность наименее мощного ЭП подгруппы, то также nэ = n.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24