Электроснабжение цеха

1. Введение.

 

План ГОЭЛРО – первый в мире государственный план.

Основоположники научного коммунизма К. Маркс и Ф. Энгельс видели в открывающихся перспективах электроэнергетики новый этап в экономическом, политическом и культурном развитии человечества.

Электрическая энергия обладает кардинальными преимуществами по сравнению с другими видами энергии.

В первые же годы после  Великой Октябрьской революции  в нашей стране были начаты работы по преобразованию всей экономики, всего народного хозяйства на основе всеобщей электрификации.

Задачу электрификации  России и основные её моменты В. И. Ленин изложил в письме к Г. М. Кржижановскому 23 января 1920 г., в котором указывается на необходимость «…дать сейчас, чтобы наглядно, популярно, для массы увлечь ясной и яркой перспективой: за работу-де, и в 10 – 20 лет мы Россию всю, и промышленную и земледельческую, сделаем электрической». Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО) была создана 24 марта 1920 г.

Планом ГОЭЛРО предусматривалось:

• Наиболее экономичное использование топлива, достигаемое параллельной работой ТЭС и ГЭС;
• Широкое использование на электростанциях местных топливных ресурсов;
• Сооружение ГЭС, в особенности в районах бедных органическим топливом;
• Создание высоковольтных электрических сетей, объединяющих мощные станции.

План ГОЭЛРО был реализован в кратчайший  из намеченных сроков – за 10 лет – к 1931 г.

План представляет не только исторический интерес, его принципы в настоящее время используют при решении задач, связанных с созданием Единой энергетической системы. На основе плана ГОЭЛРО в исторически короткие сроки были достигнуты значительные успехи в развитии народного хозяйства. Так, в 20-е годы наша страна занимала одно из последних мест по выработке энергии, а уже в конце 40-х годов она занимала первое место в Европе и второе в мире.

 

 

2. Характеристика объекта  проектирования.

 

Данное производство является вспомогательным. Цех изготавливает кабельную продукцию, такую как: кабель силовой многожильный и одножильный, кабель установочный многожильный и одножильный. Цех работает в одну смену.

Этот цех относится  к потребителю II категории надёжности, т.к. перерыв в электропитании допустим только на случай мелкого ремонта и ревизии оборудования с согласованием с руководством, иначе произойдёт расстройство технологического процесса, что может привести к поломке всего оборудования.

 

3. Анализ электрических  нагрузок.

 

От правильной оценки электронагрузок зависят:

• капитальные затраты на разработку схемы электроснабжения;
• потеря электроэнергии;
• число и мощность трансформаторов на подстанции;
• эксплуатационные расходы на питающие распределительные линии схем электроснабжения.

На промышленных предприятиях устанавливается большое количество электропотребителей различной мощности, которые объединяются в технологические, промышленные агрегаты, поточные линии с мощностью до десятков сотен КВт. Все электропотребители делятся на два основных класса: силовое электрооборудование, предназначенное для выполнения функции технологического процесса и осветительное электрооборудование.

                                                                                

                                                                                         Таблица №1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ П/П	Наименование ЭП	Кол-во ЭП	Устан. мочность		Ки	Соs φ	Режим работы
			одного	общая				Длительный с переменной нагрузкой
	2	3	4	5	6	7	8
1.	Волочильный станок	1	100	100	0.7	0.8	Длительный
2.	Приёмник	1	15	15	0.7	0.8
3.	Эмульсионный насос	2	2.2	0.8	0.9
4	Отдатчик	4	0.55	2.2	0.5	0.6
5	Скрутка	1	4	4	0.6	0.7
6	Экструдер	1	50	50	0.7	0.8
7	Тяга	2	2.25	4.5	0.8	0.9
8	Компрессор	2	2.25	4.5	0.8	0.9
9	Приёмник	2	7	14	0.7	0.8
10.	Освещение	28	0.08	22.4	0.9	0.95
	Итого			231.1

 

4. Картограмма электронагрузок.

 

Для определения месторасположения  ГПП или цеховой ТП при проектировании систем электроснабжения на план промышленного предприятия наносятся картограммы электронагрузок. Картограммы электронагрузок представляют собой размещённые по плану окружности, площади которых в выбранном масштабе соответствуют расчётным нагрузкам группы электропотребителей цеха. Для каждого цеха или группы ЭП наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха или групп электропотребителей.

      Центр  нагрузок групп ЭП определяют  символически, считая при этом, что  нагрузки равномерно размещены по площади цеха, т.е. центр нагрузок каждой группы ЭП совпадает с центром тяжести геометрической фигуры, отображающей размещённых в ней электропотребителей.

Объединение в группы электропотребителей можно вести  по следующим признакам:

• по однотипности ЭП;
• по территориальному размещению ЭП в цеху;
• по одинаковым коэффициенту использования, коэффициенту мощности, режиму работы.

Гпп или цеховую ТП следует размещать как можно ближе к центру потребления электроэнергии, т.е. центру электронагрузок, это позволяет приблизить высокое напряжение к центру электронагрузок, уменьшить расход токоведущего материала, снизить потери мощности и электроэнергии.

Для построения картограммы электронагрузок  необходимо знать центры этих нагрузок и радиусы окружности, которая  отображает нагрузку в каждой группе ЭП. Для этого принимают, что площадь  окружности соответствует в выбранном  масштабе нагрузке каждой группы ЭП.

                 Sокр ≈Pi [кВт ]

                 Sокр ≈m*П *ri²=>ri=√ Рi/mП   [мм²]

Где m – масштаб, определяющий площадь окружности [кВт/см²; кВт/мм²]

r1 = √2.2/3.14*1 = √ 0.7 = 0.8 см.

r2 = √ 15 /3.14*1 = √ 4.78    = 2.2 см.

r3 = √ 4 /3.14*1 = √ 1.27   = 1.1 см.

r4 = √ 50/3.14*1 = √ 15.92 = 3.9 см.

r5 = √ 5.5/3.14*1 = √ 1.75 = 1.3 см.

r6 = √ 17/3.14*1 = √ 5.4 = 2.3 см.

r7 = √ 14/3.14*1 = √ 4.46  = 2.4 см.

 

Полученными расчётными радиусами строим окружности каждой группы ЭП на плане цеха.

Для определения центра электрических нагрузок (ЦЭН), необходимо рассчитать координаты точки ЦЭН (х0;у0).

 Х0 = 2.2 *6.1 +15 *12.8 +2.2 *10.8 +4*6.9 +50*19.5 +5.5*28.1 +17*32+14*46/2.2 +15+ 2.2 +4 +50+5.5+17+14 =2574.33/ 109.9 =23.4

 У0 = 2.2*5.8+15*6 +2.2*11.8 +4*17.2 +50*14.7 +5.5*16.8 +17*17.4 +14*17.3/109.9 = 1562.92 / 109.9 = 14.22

 

Точка ЦЭН (х0;у0) строится на плане цеха в координатной плоскости. (23.4; 14.2)

 

5. Расчёт электрических  нагрузок.

 

Создание каждого промышленного  объекта начинается с его проектирования. Расчётное значение электрических нагрузок представляет собой не простое суммирование номинальных мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых значений расчётных электронагрузок. Расчёт электрических нагрузок является основополагающим этапом проектирования систем электроснабжения (СЭС). Расчётная максимальная мощность, потребляемая ЭП предприятием всегда меньше суммы мощностей этих ЭП.

Правильное определение ожидаемых  электрических нагрузок и обеспечение  необходимой бесперебойности их питания имеет большое значение. От этого расчёта зависят, исходные данные для выбора всех элементов СЭС промышленного предприятия, денежные затраты на установку, монтаж, эксплуатацию выбранного электрооборудования. Завышение расчётных электронагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала, к неоправданному увеличению мощности трансформаторов. Занижение значений расчётных электронагрузок приводит к уменьшению пропускной способности электрической сети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей, трансформаторов, к сокращению срока их службы. Существующие методы определения расчётных нагрузок проектируемых предприятий основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электронагрузках действующих промышленных предприятий.

Основным методом расчёта  электрических нагрузок является метод упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума).

Этот метод позволяет  предельно точно определить электрические нагрузки промышленных предприятий, он используется в тех случаях, когда известны номинальные данные всех электропотребителей предприятия их размещение по плану цеха.

Согласно методу коэффициента максимума:

• определяем установленные номинальные мощности групп электропотребителей различных режимов работы

Рн = Рп – для потребителей длительного режима работы

Рн = Рп*√ПВп – для Эп повторно-кратковременного режима работы

Рн = Sп*√ПВп *cosφп – Для сварочного электрооборудования.

Рн = 612 кВт

• определяем среднесменные активные, реактивные электронагрузки:

Рсмi = Киi*Рнi[кВт]

Qсмi = Рсмi*tg φi[кВт]

 

Рсм1 = 0.7*100 = 70 кВт

Рсм2 = 0.7*15 = 10.5 кВт

Рсм3 = 0.9*2.2 = 1.98 кВт

Рсм4 = 0.5*2.2 = 1.1 кВт

Рсм5 =0.6*4 = 2.4 кВт

Рсм6 =0.7*50 =35 кВт

Рсм7 =0.8*17 =13.6 кВт

Рсм8 =0.8*4.5 =3.6 кВт

Рсм9 =0.7*14 =9.8 кВт

Рсм осв = 0.9*22.4 = 20.16 кВт

РсмƩ = 70+10.5+1.98+1.1+2.4+35+13.6+3.6+9.8+20.16 =168.14кВт

 

Qсм1 = 70*0.75 = 53.5 кВар

Qсм2 = 10.5*0.75 = 7.88 кВар

Qсм3 =1.98*075 = 1.49 кВар

Qсм4 =1.1*1.32 = 1.45 кВар

Qсм5 = 2.4*1.02 = 2.45 кВар

Qсм6 = 35*0.75 = 26.25 кВар

Qсм7 = 13.6*0.49 = 6.65 кВар

Qсм8 = 3.6*0.75 = 2.7 кВар

Qсм9 = 9.8*0.75 =7.35 кВар

Qсм осв = 20.16*0.53 = 10.68 кВар

QсмƩ = 53.5 + 7.88 + 1.49 +1.45 +2.45 +26.25 +6.65 +2.7 +7.35 +10.68 = 120.4 кВар  

 

 

• для определения коэффициента максимума необходимо знать средний коэффициент использования и эффективное число электропотребителей.

Км = ƒ(Киср; пэ)

Киср = Рсм∑/Рн∑; где пэ = ƒ(m)

Киср =168.14/231.3 = 0.6

m = Рн наиб1/Рн наим1

m = 200/12 = 16.7

если m ≤ 2, то пэ = пq [шт]

если m >2, то пэ = 2РнƩ/Рн наиб1[шт]

пэ = 2*168.14/100 = 6 шт.

Км = (0.6;6) = 1.37

• определяем максимальные активные и реактивные электронагрузки

Рм = Км*РсмƩ [кВт]

Q м = QсмƩ [кВар]

 

Рм = 1.37*168.14 = 230.35 кВт

Qм = 1.1*120.4 = 132.44 кВар

Практикой установлено, что Qм зависит от эффективного числа электропотребителей Qм =ƒ (пэ) – если

пэ≤ 10шт, то Qм = 1,1*Qсм [кВар]

пэ>10 шт, то Qм = QсмƩ [кВар]

• определяем полную максимальную мощность цеха

Sм =√ Рм²+ Qм² [кВа]

Sм = √230.35 ² + 132.44² = 266 кВа

• определяем расчётный рабочий ток электропотребителей

Iр = Sм/√ 3*Uн [А]

Iр = 266/0.66 = 403А

Составляем сводную ведомость  расчётных значений электронагрузок.

                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                           

                                                                               Таблица№2

 

 

 

№ п/п	Наименование ЭП	КоличествоЭп	Общая устан.мощкВт	Ки	Cosφ tqφ	Среднесменные электронагрузки		Км	Максимальные электронагрузки			Расчётный ток,А
						Рсм,кВт	Qсм,кВар		Рм	Qм	Sм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	Волочильный станок	1	100	0.7	0.8	70	53.5
2	Приёмник	1	15	0.7	0.8	10.5	7.88
3	Эмульсионный насос	1	2.2	0.9	0.8	1.98	1.49
4	Отдатчик	4	2.2	0.5	0.6	1.1	1.45
5	Скрутка	1	4	0.6	0.7	2.4	2.45
6	Экструдер	1	50	0.7	0.8	35	26.25
7	Тяга	2	17	0.8	0.9	13.6	6.65
8	Компрессор	2	4.5	0.8	0.9	3.6	2.7
9	Приёмник	2	14	0.7	0.8	9.8	7.35
10	Освещение	28	22.4	0.9	0.95	20.16	10.68
	итого		231.3			168.14	120.4	1.37	230.35	132.44	266	403

 

6. Компенсация реактивной  мощности.

 

Большая часть промышленных электропотребителей в процессе работы помимо активной мощности потребляет реактивную мощность. Основными потребителями реактивной мощности являются: асинхронные электродвигатели (до 65%); силовые трансформаторы (25%); линии электропередач (10%).