Определение потерь мощности в цеховых трансформаторах

Контрольное задание

• 1. Определение расчетных нагрузок всего цеха (рис.1) и его отделений на напряжении до 1 кВ (380/220 В) силовых и осветительных электроприемников.
• 2. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций (ЦТП), выбор числа трансформаторов на ЦТП с учетом компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ. На плане цеха наметить места расположения подстанций и схему цеховой сети.
• 3. Определение потерь мощности в цеховых трансформаторах и расчетных нагрузок на напряжении 10 кВ.

Исходные данные:

Таблица 1. Данные о размерах цеха и его отделений.

Рис. 1. План цеха с указанием отделений

Таблица 2. Данные по характеристике отделений цеха, по оборудованию и установленным электроприемникам.

Бытовые помещения — Электрооборудование не установлено.

1. Определение расчетных нагрузок всего цеха (рис.1) и его отделений на напряжении до 1 кВ (380/220 В) силовых и осветительных электроприемников Определение расчетных электрических нагрузок цеха необходимо для выбора трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях, компенсирующих устройств на напряжение до 1 кВ, сечений кабелей питающей и распределительной сети, шинопроводов, защитной и коммутационной аппаратуры, Существуют различные методы определения расчетных нагрузок электроприемников .

Расчетную нагрузку указанного в задании цеха определим по модифицированному статистическому методу для силовых электроприемников и по методу удельных норм и коэффициенту спроса для осветительных электроприемников .

Определение расчетных нагрузок цеха или группы электроприемников в цехе производится в следующей последовательности:

1. Все электроприемники (ЭП) цеха должны быть сгруппированы по режимам работы в характерные группы (с одинаковыми КИ иcos ц). Значения коэффициентов использования (КИ) и cos ц для ЭП ремонтно-механического цеха приведены в табл. 4.1. М. У № 751.

Расчеты удобнее выполнять в форме таблицы П1.3. М. У № 751.

2. Для каждой характерной группы () определяются значения суммарной номинальной мощности, средние активная и реактивная нагрузки [кВт], [квар].

Для электроприемников, работающих в повторно — кратковременном режиме (сварочные машины, тельферы, кран балки) при определении расчетной нагрузки цеха в целом приведение номинальной мощности к ПВ = 100% не требуется, а при определении расчетных нагрузок элементов питающей сети цеха (силовые пункты, участки распределительных шинопроводов).

В итоговой строке определяются суммы этих величин:

.

.

Значение средневзвешенного коэффициента использования Ки ср, определяемое по соотношению:

где n — число характерных групп ЭП с разными значениями КИ;

РНi — суммарная номинальная активная мощность характерной группы ЭП;

п — число характерных групп ЭП с разными значениями Ки.

В графу 9 итоговой строки записываем значение эффективного числа электроприемников nэ, рассчитанное по упрощенному выражению:

где РHмакс — мощность наибольшего электроприемника (ЭП).

Найденное по выражению (1.7) nэ округляется до ближайшего меньшего целого числа.

В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования (Киср) и эффективного числа электроприемников (nэ) определяем коэффициент расчетной нагрузки Кр по таблице П1.2 [1] для питающих сетей напряжением до 1 кВ (То=10 мин) отделений, по таблице П1.2 [1] - для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов (То=2,5 ч) и заносим в графу 10.

Расчетную активную мощность (Рр.сил, графа 11) подключенных к узлу питания силовых ЭП напряжением до 1 кВ определяем по выражению:

Расчетная активная мощность (PР) подключенных к узлу питания ЭП напряженном до 1 кВ определяется по выражению.

где КРА — коэффициент расчетной активной мощности;

КИi — коэффициент использования отдельного электроприемника или группы ЭП; осветительный электроприемник мощность трансформаторный.

РНi — номинальная мощность одного или группы ЭП;

n — число характерных групп ЭП с разными КИi.

Расчетная реактивная мощность (QР) определяется следующим образом:

— для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от эффективного числа ЭП (nЭ):

КРР= КРА, если КРА 1, КРР=1,1, если nЭ 10, КРР=1,0, если n 10.

Определение расчетных нагрузок осветительных приемников по методу удельных норм и коэффициенту спроса. Учитывая размеры помещений отделений цеха и нормируемую освещенность, указанных в табл. 3.1, удельные мощности осветительной нагрузки определить для всех отделений и рассчитать активную нагрузку отделений по выражению:

кВт.

где Кс = 0,85 — коэффициент спроса для производственных зданий, состоящих из многих отдельных помещений;

F — площадь цеха, м2;

К ПРА = 1,1 — коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре ламп ДРЛ и ДРН;

К ПРА = 1,2 — 1,35 коэффициент для ЛЛ с различными схемами включения;

Е Н i — нормируемая освещенность цеха [1,табл. 3.1];

Руд, Вт/ м2 -удельная мощность осветительной нагрузки[1,табл.П3.1].

Расчетная реактивная нагрузка осветительных приемников определяется по выражению:

.

где cos ц = 0,95 tg цoi = 0,33 соответствует (светильники с лампами ЛЛ) и cos ц = 0,6 tg цoi = 1,33 (светильники с лампами ДРЛ, ДРИ).

Рассчитываются суммарные осветительные нагрузки цеха .

Результаты расчётов осветительной нагрузки сведём в таблицу 4.

Таблица 4. Расчёт осветительной нагрузки цеха.

Примечание. Высота помещений механического инструментального и заготовительного отделений цеха h = 3−4 м, а термического h=4−6 м. Принято для бытовых помещений, а так же механического, инструментального и заготовительного отделений цеха светильники с люминисцентными лампами, а термического светильники с лампами ДРЛ.

Суммарные расчетные нагрузки цеха определяются:

Полная нагрузка цеха равна сумме силовой и осветительной нагрузок.

.

.

.

Пример расчета полной нагрузки цеха ЦХВУ

2. Выбор типа, числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях и мощности компенсирующих устройств на них Тип силовых трансформаторов на ЦТП > ТМГ.

Для предварительных расчетов определение Sнт для цехов с равномерно распределенной нагрузкой производится по удельной плотности нагрузки, которую определяют по формуле :

где — расчетная нагрузка цеха, кВА;

площадь цеха, .

При, применяем трансформатор ,.

при 0,2<�у<0,5 ,.

при у>0,5, применяем трансформатор .

Коэффициенты загрузки трансформаторов в зависимости от категории должны находиться в диапазонах:

• 1 категория ,
• 2 категория ,
• 3 категория .

С учетом перечисленных требований трансформаторы выбираются исходя из условия максимальной компенсации реактивной нагрузки ТП. Количество трансформаторов определяется по формуле:

где N — минимальное число трансформаторов установленных цехе;

Принимаем для расчёта 630 кВА Принимаем Nст = 1.

(кВт).

=265,29 — 308,96 = -43,67 (квар) Установка БСК не требуется.

Результаты расчётов сведём в таблицу 5.

Таблица 5. Расчёт трансформаторов и компенсирующих устройств цеха.

На плане цеха намечаем месторасположение цеховых трансформаторных подстанций и схему цеховой сети (рис. 2.1). В соответствии с рекомендациями [2] применяем схему «трансформатор — магистраль». От каждого трансформатора прокладывается магистральная линия, выполненная шинопроводом типа ШРА.

Рис. 2. Схема цеховой сети.

3. Определение потерь мощности в цеховых трансформаторах и расчетных нагрузок на напряжении 10 кВ Таблица 6. Технические данные цеховых трансформаторов.

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторах ТМ-400/10 определим по формуле:

= 1*0,94+1*7,6*0,65=5,88 кВт;

квар Расчетную нагрузку цеха, приведенную к напряжению 10 кВ, определим по выражению:

Р`р + jQ`р = Рр + jQp — jQнк + ?Рт + j? Qт Р`р + jQ`р = 314,68+j265,29+5,88+j35,12=(320,56+j74,26)кВА.

Рис. 3. Схема для определения потерь активной и реактивной мощностей в трансформаторах.

• 4. Для заготовительного отделения цеха необходимо
• 1. Выполнить расстановку оборудования, приняв масштаб плана цеха 1:00.
• 2. Выбрать способ конструктивного выполнения сети и схему распределительной сети отделения (число силовых распределительных пунктов, распределительных шинопроводов), показав её на плане.
• 3. Определить расчетные нагрузки всех узлов системы электроснабжения отделения (всех силовых распределительных пунктов, распределительных шинопроводов). Выбрать тип силовых распределительных пунктов и шинопроводов.
• 4. Выбрать марки и сечения распределительных сетей отделения (провода, кабели) по условию допустимого нагрева и проверить сеть по допустимой потере напряжения до наиболее удаленного от шин цеховой трансформаторной подстанции электроприемника.
• 5. Выбрать защитные аппараты распределительной сети, проверить их по условию защищаемости сети.
• 6. Представить однолинейную электрическую схему распределительной сети с указанием результатов выбранных элементов.

Расчет.

1. Расстановка оборудования В соответствии с заданием выполняем расстановку оборудования в заготовительном отделении (рис.4).

2. Выбор способа конструктивного исполнения и схемы распределительной сети Схема распределительной сети определяется технологическим процессом производства, взаимным расположением ввода питания и электроприемников, их единичной установленной мощностью и размещением на площади цеха. Схема должна быть проста, безопасна и удобна в эксплуатации, экономична, удовлетворять характеристике окружающей среды, обеспечивать применение индустриальных методов монтажа.

Схемы сетей могут быть радиальными, магистральными и смешанными — с односторонним или двухсторонним питанием.

Достоинства радиальной схемы заключаются в высокой надежности (авария на одной линии не влияет на работу приемников, получающих питание по другой линии) и удобстве автоматизации. Недостатками радиальной схемы являются: малая экономичность из-за значительного расхода проводникового материала; необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП; ограниченная гибкость сети при перемещениях технологических механизмов, связанных с изменением технологического процесса.

Выполняются радиальные схемы кабелями или проводами в трубах или коробах (лотках).

Достоинствами магистральных схем являются: упрощение щитов подстанции; высокая гибкость сети, дающая возможность перемещать технологическое оборудование без переделки сети; использование унифицированных элементов, позволяющих вести монтаж индустриальными методами.

При магистральной схеме приемники подключаются к любой точке линии (магистрали). Магистраль присоединяется непосредственно к трансформатору по схеме блока трансформатор-линия.

Магистральная схема менее надежна, чем радиальная, так как при исчезновении напряжения на магистрали все подключенные к ней потребители теряют питание. Применение шинопроводов и модульной проводки неизменного сечения приводит к некоторому перерасходу проводникового материала.

При выполнении сети по смешанной схеме электроприемники получают питание от магистралей. Такое сочетание позволяет наиболее полно использовать достоинства радиальных и магистральных схем.

Сеть для питания электроприемников заготовительного отделения выполняем смешанной. Вдоль отделения устанавливаем магистральный шинопровод, к которому подключаются магистральная сеть. От магистрали к каждому электроприемнику прокладываем отдельную линию, выполненную проводами в трубах (магистральная сеть).

Схема распределительной сети отделения представлена на рисунке 4.

3. Определение расчетных нагрузок всех узлов системы электроснабжения отделения (всех силовых распределительных пунктов, распределительных шинопроводов). Выбор типа силовых распределительных пунктов и шинопроводов

Расчетные нагрузки всех узлов системы электроснабжения определяем в соответствии с методикой изложенной в контрольном задании № 1. Значение коэффициентов расчетной нагрузки (Кр) берем из таблицы П. 1.1 [1]. При определении расчетной нагрузки линии непосредственно питающей одиночный электроприемник, работающий в повторно-кратковременном режиме, расчетную мощность этого электроприемника приводим к длительному режиму.

Выбор шинопроводов производится по допустимой токовой нагрузке [3]. Технические данные шинопроводов приведены в табл. 4.2. За ток нагрузки ШРА IШРА, А, принимается номинальный ток трансформатора, от которого шинопровод отходит,.

IНшра? IНТ, где — номинальный ток трансформатора,.

IНшра — номинальный ток шинопровода.

Шинопроводы распределительные типа ШМА выбираются по расчетному току электроприемников, подключенных к распределительному шинопроводу.

Расчетная нагрузка распределительного шинопровода определяется по модифицированному статистическому методу [1. Приложение 1, табл. П1.1].

Условие выбора шинопроводов ШМА.

.

Iр = 630/(1,73*0,38) = 958,32 А гденоминальный ток распределительного шинопровода, А.

Выбранные шинопроводы (упрощенно) проверяются по допустимой потере напряжения.

.

где Uл — линейные потери напряжения ШРА (ШМА) при номинальном токе и = 0,8 (табл. 4.2).

Сечения шинопроводов выбраны правильно, если.

В соответствии с таблицей П. 2.2. [1] принимаем к установке шинопровод марки ШМА-4−1250-IУ3, имеющий следующие характеристики:

• — номинальный ток — I ШМА= 1250 А;
• — номинальное напряжение — 660 В;
• — сопротивление на фазу: активное — 0,034 Ом/км;

индуктивное — 0,016 Ом/км;

• — линейная потеря напряжения на 100 м при равномерно распределенной нагрузке и cosц = 0,8 составляет 8,9 В;
• — степень защиты — IP44.
• 4. Выбор марки и сечения распределительных сетей отделения (проводов, кабелей) по условию допустимого нагрева и проверка сети по допустимой потере напряжения до наиболее удаленного от шин цеховой трансформаторной подстанции электроприемника

Как сказано выше распределительную сеть механического отделения (линии от распределительных пунктов к электроприемникам) выполняем проводом, проложенным в трубах.

Сечение проводов и кабелей цеховых сетей напряжением до 1 кВ выбирается сравнением расчетного тока линии с допустимым длительным током принятых марок проводов и кабелей [2,7.11] с учетом условий их прокладки и температуры окружающей среды.

.

где IP — расчетный ток линии, А;

— поправочный коэффициент на температуру окружающей среды;

— поправочный коэффициент на условие прокладки кабелей;

=0,92 — поправочный коэффициент, учитывающий ток для четырехжильных кабелей;

— длительно допустимый (табличный) ток для трехжильных кабелей.

Выбор сечения проводников сведен в таблицу 8.

• 1. При определении потери напряжения для упрощения расчетов, делаем следующие допущения:
• 2. нагрузка по длине магистрального шинопровода распределена равномерно;
• 3. Не учитываем потери напряжения в коммутационных аппаратах.

Падение напряжения в магистральном шинопроводе определим по упрощенному выражению:

В.

Где Uл=8,9 В — линейная потеря напряжения на 100 м при равномерно распределенной номинальной нагрузке и cos=0,8;

м — длина шинопровода, принятая равной длине отделения.

Напряжение в конце шинопровода:

Uкш=1,05· Uн-UШРА=1,5 380−3,47=395,53 В.

Где 1,05· Uн — значение напряжения, поддерживаемое на шинах ТП в нормальном режиме.

Сечение шинопровода выбрано правильно, если выполняется условие:

UШМА 1,5%· Uн.

3,47 1,51,5 380/100=5,99 — выполняется.

Наиболее удаленный электроприемник от шин ТП — это приемник № 15, подключенный к ШМА проводом АПВ — 2,0 мм².

Падение напряжения в линии определим по формуле:

В. Где Х0=0,116 Ом/км — удельное индуктивное сопротивление трехфазной линии выполненной проводами в трубе;

=0,0154 км — длина проводника;

R0=12,5 Ом/км — удельное активное сопротивление проводника;

Напряжение в конце линии определим по формуле:

Uдв=Uкш-Uс=395,53−3,76=391,77 В

Напряжение на наиболее удаленном от шин цеховой трансформаторной подстанции электроприемнике находится в пределах нормы.

5. Выбор защитных аппаратов распределительной сети, проверка их по условию защищаемости сети Выбор предохранителей и их плавких вставок выполняем по двум критериям:

Iн.п.? Iраб.мах.;

Iн.в.? Iраб.мах.

где Iн.п. — номинальный ток предохранителя;

Iн.в. — номинальный ток плавкой вставки.

При проектировании за максимальный рабочий ток принимается расчетный ток:

Iр.= Iраб. мах.

Во избежание чрезмерного перегрева плавких вставок, окисления их поверхности, быстрого старения следует учитывать пиковые токи двигателей или технологической нагрузки по условию (2.2[3]):

Iн. в .? I пик /б

где б =2,5 — коэффициент тяжести пуска для металлообрабатывающих станков;

б =1,6.2,0 — для двигателей подъемных кранов или двигателей, соединенных с механизмами, создающими при пуске большой момент сопротивления на валу двигателя.

В зависимости от числа ЭП пиковый ток определяется следующим образом:

— для одного электроприемника.

Iпик.= Iпуск.= Кп. · Iн.

где Кп = 5.7 — кратность пускового тока, принимаем для расчетов Кп = 6;

— для группы электроприемников числом более трех:

Iпик.=Iпуск.мах.+(Iр. — Ки. · Iн.)

где Iр. — расчетный ток всей группы;

Ки. · Iн. — коэффициент использования и номинальный ток двигателя, для которого взят наибольший пусковой ток.

Выбранные плавкие вставки проверяем по нескольким условиям:

• 1) По условию селективности работы. Приближенно можно считать, что предохранители работают селективно, если номинальные токи плавких вставок отличаются по шкале номинальных токов не менее чем на две ступени.
• 2) По условию чувствительности должно выполнятся соотношение (2.3[3]):
  • (Iк .мин. / Iн.. в .)? 3

где Iк.мин. — минимальный ток замыкания на корпус или на нулевой проводник защитный проводник в конце защищаемого участка.

3) По условию защищаемости должно выполнятся условие (2.4[3]):

К. · Iдоп.? Iн.в.

К=3,0 — для сетей защищаемых только от токов КЗ и не требующих защиты от перегрузок.

Результаты выбора защитных аппаратов сводим в таблицу.8.

• 1. Программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий» для студентов специальности 104 211. ИГЭУ. Иваново, 2009.
• 2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е изд., перераб. и доп., с изм. Главгосэнергонадзор России: М., 2002.
• 3. Постников Н. П., Рубашов Г. М. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. Для техникумов. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Стройиздат, 1989. — 352 с.