Внутрицеховое электроснабжение объектов

Лекция №2 Внутрицеховое электроснабжение объектов. 1. Общие сведения о силовом и осветительном оборудовании напряжением до 1000В. 1.Силовое электрооборудование делится: по напряжению - до 1кВ, свыше 1кВ; по роду тока - переменного тока промышленной частоты, переменного тока повышенной или пониженной частоты, постоянного тока; по виду преобразования электроэнергии - электроприводы, электро- технологические установки, электроосветительные установки; по общности технологического процесса - производственные механизмы, общепромышленные установки, подъемно-транспортные установки, преобразовательные установки, электронагревательные и электролизные установки; по режиму работы - продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный (время цикла ≤ 10 мин); по обеспечению надежности электроснабжения I категория потребители перерыв в электроснабжении которых недопустим т.к это может привести к жертвам, повреждению дорогостоящего оборудования. Питание их должно осуществляться от двух источников перерыв допустим на время автоматического восстановления питания. II категория потребители перерыв в электроснабжении, которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям. Перерыв не более 24 часов. Питание их может осуществляться от двух источников или от одного. III категория потребители несерийного производства продукции, вспомогательные цехи. Питание их может осуществляться от одного источника. Перерыв не более 24 часов для замены поврежденного оборудования. 2. Осветительное оборудование. Электрическое освещение промышленных предприятий делится на: Рабочее (общее и комбинированное) и аварийное. Рабочее и аварийное питается от отдельных трансформаторов по различным линиям. Осветительные сети выполняются на напряжение 220В, напряжение 36В в цехах с опасной средой при высоте ≤2,5м, напряжение 12В в особо опасных цехах. Светильники получают питание от осветительных щитков, осветительные щитки от РП. Осветительная установка состоит: -источник света (лампа) -аппарат управления (выключатель) -аппарат защиты (автомат) -осветительных щитков (ОЩ) -осветительной сети (групповой и распределительной) 2. Устройство и конструктивное выполнение электрических сетей до 1000В Электрические сети служат для передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители электроэнергии присоединяются через внутрицеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов. Электрические сети промышленных предприятий выполняются внутрицеховыми и наружными. Электрические сети выполняются: изолированными защищенными и незащищенными проводами и неизолированными (голыми) проводами. Проводка бывает: открытая, скрытая и наружная. Выбор вида электропроводки зависит от характеристики окружающей среды, марки провода и кабеля, зависит от характеристики среды и типа электроустановки. Цеховые сети делят на питающие, которые отходят от источника и распределительные к которым присоединяют электроприемники. Схемы электрических сетей делятся на: радиальные и магистральные. Радиальная схема. Радиальная схема выполняется для ответственных потребителей 1 и 2 категории, а также в том случае если подход к электрооборудованию затруднен. От РУ низкого напряжения 0,4 кВ получают питание РП- распределительные пункты установленные в цехе . От РП запитываются электроприемники. Достоинства: -высокая надежность; удобство в эксплуатации. Недостатки:- повышенная стоимость из-за большой протяженности КЛ и сложного монтажа. Магистральная схема. Применяется магистральная схема в цехах с равномерно распределенной нагрузкой по площади цеха и где по технологии возможна перестановка оборудования. Чаще применяют в машиностроительных цехах т.е для потребителей 3 категории надежности. Достоинства: - низкая стоимость из-за меньшей протяженности КЛ и из-за отсутствия РП ; скоростной монтаж. Недостатки: - пониженная надежность. При к.з в магистральном шинопроводе все приемники цеха теряют питание. Наиболее дешевой магистральной схемой является схема блока «трансформатор-магистраль» БТМ. Типы шинопроводов: ШМА- шинопровод магистральный с алюминиевыми шинами ШРА – шинопровод распределительный с алюминиевыми шинами ШТМ – шинопровод троллейный с медными шинами ШОС – шинопровод осветительный Рис .7 .Схема радиальная Рис.8. Схема магистральная Выбор рода тока и напряжения цеховой сети Переменный трехфазный ток промышленной частоты 50 Гц вырабатывается на электростанциях и является наиболее дешевым. Если в цехе нет механизмов требующих плавной регулировки скорости в большом диапазоне, то устанавливают асинхронные электродвигатели с к.з ротором ,а для их питания выбирают переменный ток напряжением 220,380,или 660 В. 220 В - наиболее безопасное в эксплуатации, но большие потери энергии и расход цветного металла, что неэкономично. Поэтому его применяют только для питания осветительных сетей и однофазных приемников малой мощности. 380 В - менее опасно при эксплуатации чем 660 В, силовую и осветительную нагрузку можно питать от одного трансформатора ,но менее экономично чем 660 В. Применяют для питания потребителей малой и средней мощности до 100 кВт. 660 В – повышенная опасность при эксплуатации, но самое экономичное. Необходимо для питания осветительной нагрузки устанавливать осветительный трансформатора для подключения измерительных приборов - измерительный трансформатор. Применяют для питания электроприемников от 100 до 750 кВт. Рис 9 Схема силовой сети с глухозаземленной нейтралью. 3. Выбор сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву электрическим током Сечение проводов и кабелей цеховых сетей до 1000 В выбирают по предельно допустимому току т.е по условию нагрева. Предельно допустимым током для проводника называется ток, который нагревает этот проводник до предельно допустимой температуры. Для голых проводов и шин tдоп = 70С, для кабелей с бумажной изоляцией tдоп = 80С, для кабелей с резиновой изоляцией tдоп = 55С, для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией tдоп = 65С. В таблицах справочников и ПУЭ значения предельно допустимых токов для разных марок проводов и кабелей даны для нормальных условий прокладки за которые принимают: - при открытой прокладке кабеля, температура окружающей среды + 25 С - при прокладке кабеля в земле ,температура земли +15 С - кабель в траншее проложен один - кабель длительно обтекается током. Если эти условия не соблюдаются, то в расчеты вводятся поправочные коэффициенты: Кт температурный коэффициент, учитывает отклонение температуры от нормальной. Таб. 1.3.3 ПУЭ. Кп прокладочный коэффициент учитывает число кабелей проложенных рядом в траншее. Таб. 1.3.26 ПУЭ. Кпв коэффициент продолжительности включения учитывается для кабелей работающих в повторно- кратковременном режиме ПУЭ п 1.3.3 для медных жил до 6мм2 и алюминиевых до 10 мм2 Кпв= 1. Порядок расчета. 1.Определяем ток установки для асинхронного электродвигателя; для печи сопротивления; для конденсаторной установки; для осветительного щитка; для трансформатора. 2.Выбираем марку кабеля в зависимости от условий прокладки и стоимости. 3.Определяем расчетный ток с учетом поправочных коэффициентов 4.Выбираем из таблиц ПУЭ сечение кабеля по условию Iдоп ≥I рас 5. Проверяем по условию соответствия выбранному аппарату защиты Iдоп ≥I защ Кзащ , где Кзащ для предохранителя – 3, для автомата – 4,5 Пример: Для электродвигателя вентилятора выбрать питающий кабель. Двигатель 4А200М2У3 Рн = 37кВт ;Uн = 380В; ŋ =90% ;соsφ =0,89. 1.Определяем ток номинальный для асинхронного двигателя 2.Выбираем марку кабеля АВВГ, т.к самый дешевый. 3.Определяем расчетный ток с учетом поправочных коэффициентов Поправочные коэффициенты принимаем равными единице потому, что условия прокладки нормальные. 4.Выбираем по таблице 1.3.7 ПУЭ кабель АВВГ(3х25+1х16) Iдоп=75 А. 5.Проверку не выполняем т.к аппарат защиты не выбран. 4. Графики электрических нагрузок. Потери мощности и электроэнергии в электрических сетях. Графиком нагрузок называется кривая изменения тока, активной или реактивной мощности во времени. Различают индивидуальные графики и групповые, Индивидуальные строят для отдельных крупных электроприемников за наиболее загруженную смену по нему судят о характере работы двигателя и степени его загрузки. Рис.10. Индивидуальные графики нагрузок Групповые графики нагрузки снимаются для цеха или участка и делятся на годовые и суточные. Различают следующие мощности: Рн- номинальная мощность или установленная это мощность на валу электродвигателя указывается в паспорте в кВт. Рэкв- присоединенная мощность это мощность потребляемая двигателем из сети при номинальном режиме работы Рэкв=√3UнIн cosφ ŋ Ŋ=Рн/ Рэкв= Рн/√3U н соsφ Рмак – максимальная мощность это максимальная т.е наибольшая мощность которую потребляет цех в течении не менее 30 минут по ней рассчитывают схему электроснабжения. Различают летний и зимний максимум. Рср – средняя мощность суточная Рср.сут = W /t =W/24 и средне годовая Рср.год = W/8760 В графиках нагрузок кроме мощности потребителя Рt учитывается и мощность потерь ∆Рt . Потери бывают постоянные не зависящие от нагрузки (нагрев стали трансформатора) и переменные зависят от нагрузки ( нагрев проводов). Расчетные коэффициенты. Ки- коэффициент использования показывает как используется двигателем активная мощность Ки = Рср/Рном определяется по таблице 2.11 Кмак – коэффициент максимума показывает во сколько раз максимальная мощность больше средней Кмак =Рмак/Рср> 1 определяется по таблице 2.13 Кзап – коэффициент запаса показывает как используется оборудование цеха Кзап = 1/ К мак = Рср/Рмак Кс – коэффициент спроса Кс =Рмак/Рном. Годовые графики нагрузок строят на основании суточных и делятся на – годовые по продолжительности и годовые графики изменения максимальной нагрузки. Годовые по продолжительности – представляют собой кривую изменения убывающей нагрузки в течение года. Годовая энергия Wа год = РмакТмак . Мощность среднегодовая Рср год = Wа/ Тг Строится для того чтобы определить как было загружено оборудование в течение года. Тмак - это время использования максимальной нагрузки. Это время в течении которого предприятие работая с максимальной нагрузкой, потребит ту же энергию, что и за год работы с переменной нагрузкой. Тмак зависит от числа смен. 1 сменное предприятие Тмак = 1800-2500ч 2 сменное предприятие Тмак = 3000-4500ч 3 сменное предприятие Тмак = 5000-7500ч Годовые графики изменения максимальных нагрузок нужны для выявления сроков ремонта оборудования ,строятся на основании месячных графиков. Потери мощности и энергии в электрических сетях. Передача электрической энергии от источника питания к электроприемникам промышленных предприятий сопровождается потреблением активной и реактивной мощностей электроприемниками, а также потерями мощности и энергии в электрических сетях. Рип = ∑Рп + ∆Рл + ∆Ртр , где Рип- мошности источника питания ∑ Рп - мощность потребителей; ∆ Рл - потери в линии; ∆ Ртр - потери в трансформаторе. ; если S – мВА; U –кВ; Rл – Ом. ∆Q = 3I2Хл - потери реактивной мощности в линии. Для уменьшения потерь мощности нужно увеличить напряжение или сечение провода. Потери активной энергии ∆Wгод = ∆P t ; Потери реактивной энергии ∆Vгод = ∆Q t. Рассчитать потери можно зная среднеквадратичный ток Iск – это эквивалентный ток, который проходя по проводникам за время Тв вызывает те же потери мощности и энергии , что и действительный. Время потерь τ – это расчетное время в течении которого линия работая с неизменной максимальной нагрузкой Iмак имела бы те же потери мощности и энергии ,что и при работе по переменному графику. τ – определяется по графику рис.2.24. Тогда ∆W=3 I мак 2Rлτ ; ∆V=3I2макХл τ ∆ P = ∆W/ τ ; ∆Q=∆V/τ; где I мак = W/T мак √3Uном соsφср.в Потери мощности и энергии в трансформаторах. В трансформаторах различают потери в меди и потери встали. Потери в меди это потери ∆Рм на нагрев обмоток зависят от нагрузки- I. Потери в стали это потери ∆Рст в сердечниках на гистерезис и вихревые токи они зависят от магнитного потока, а он постоянный ,от тока не зависят. ∆W м = ∆ Pм. (S мак /S ном )2 τ (∆P мном = ∆Pк.з) ∆ Wст= ∆ P ст t ( ∆Р ст=∆ Рхх) ∆ Wтр=∆W м +∆W ст = ∆ P мКз 2 τ + ∆ P ст t Кз = (S мак /S ном ) – коэффициент загрузки трансформатора Пример: Определить потери энергии в и трансформаторе , цех работает в три смены Sн =80000кВА ;соsφ= 0,8; ∆Р хх=79кВт; ∆Р к.з = 315 кВт , uкз = 11% iхх = 0,45% ,Kз =0,99,T м = 5000ч, t = 5500ч. Решение: Определяем потери активной мощности в трансформаторе ∆Рт =∆Рст +∆РмКз2 = 79+315∙0,992 = 3,9∙102 кВт ∆Рст= ∆Рхх =79кВт ∆Рм = ∆Ркз = 315кВт Определяем потери реактивно мощности в трансформаторе ∆Qт =∆Qст +∆QрасКЗ2 = 3,6 ∙102 + 88∙102∙ 0,992 = 89,9∙102 ∆Qст = i хх S н ∙10 -2 = 0,45 ∙80000∙10 -2 = 360квар ∆Qрас = uкз Sн ∙10-2 = 11∙80000∙10-2 = 88∙102 квар Определяем полные потери мощности в трансформаторе ∆S т = √ ∆P т 2 + ∆Q т 2 = √(3,9 ∙102 ) 2 + ( 89,9 ∙10 2 ) = 90,1 ∙10 2 кВА Определяются потери активной энергии в трансформаторе ∆ Wтр=∆Wм +∆Wст = ∆РмКз2 τ +∆Р ст t = 315 ∙0,99∙3500 + 79∙5500= 1,5∙106кВт∙ч По графику рис 2.24 определяется время максимальных потерь τ τ = ƒ(соs φ, Тм ) = ƒ ( 0,8;5000) = 3500ч Определяются потери реактивной энергии в трансформаторе ∆V т =Sн ( i хх t +u кз Kз τ )10 -2 =80000∙ (0,45∙ 5500 +11∙0,99 2∙3500)∙10 -2 =32,2∙10 6 квар∙ч Определяем полные потери энергии в трансформаторе ∆Wпт = √∆Wтр2 + ∆Vт2 = √ (1,5 ∙106 )2 +(32,2∙106)2 = 34,5∙106 кВА∙ч 5. Расчет электрических нагрузок в электроустановках до 1000В Для расчета электрических нагрузок необходимо иметь план цеха с размещением электрооборудования. Расчет производится по методу коэффициента максимума. Порядок расчета. 1. Из справочников или таблица 2.11 выписываем Ки и соsφ механизмов. 2. Составляем расчетную таблицу в которую заносим группы механизмов имеющих одинаковый Ки и соsφ при соотношении мощностей не более Рмак / Рмin ≤ 3 , количество n ≤ 8 . 3. Для каждой группы механизмов определяют среднюю мощность Активную Рс р = Ки ∑Рном Реактивную Qср = Рс р tgφ с р 4. Определяем суммарную среднюю мощность распределительного пункта ∑Рс р = Рс р1 + Рс р2 + … ∑Qс р = Qс р1 + Qс р 2 + … 5. Определяем полную среднюю мощность S c р = √(∑ Pс р)2 + (∑Qс р)2 6.Определяем средний коэффициент мощности и коэффициент использован. Соsφ = ∑Р с р / Sс р ; К и с р = ∑Р с р /∑ Рном 7. Определяем максимальную мощность распределительного пункта Рмак = Кмак ∑Рс р ; Qмак = Кмак∑Qс р ; Sмак = Кмак S с р 8. Определяем максимальный ток распределительного пункта Коэффициент максимума определяют по таблице 2.13 Кмак= ƒ(Ки с р ; n э ф) n э ф - эффективное число электроприемников, это такое число одинаковых по мощности и режиму работы приемников, которые за смену потребят ту же максимальную мощность ,что и реальные установленные в цехе двигатели. Способы и порядок определения n э ф. Определяем число m – показатель силовой сборки m = Рн мак / Рн min 1. При n≥5, если m ≤ 3 , а Ки ≥ 0,2 то n э ф = n , где n – число двигателей в РП. Кмак определяется по таблице 2.13. 2. При n ≥5, если m ≥ 3 , а Ки ≥ 0,2 ,то n э ф = 2 ∑Р ном / Рн мак n э ф всегда должно быть меньше n , если n э ф >n , то берут n э ф = n. 3. При n ≥5, если m ≥ 3 , К и < 0,2 , то n э ф =n эф *n . nэ ф * - определяют по таблице 2.13 n э ф = ƒ (n * Р * ) , где n* = n1 / n n – число двигателей в РП n1 – число двигателей, мощность, которых больше или равна половине мощности самого крупного двигателя в РП. Р* = ∑Р1/ ∑Рн ∑ Р1 - сумма мощностей самого крупного двигателя и всех остальных мощность, которых больше или равна половине самого крупного. ∑ Р н – сумма мощностей всех двигателей. 4. При n ≥ 5,если m ≤ 3 ,К и < 0,2 ,n э ф не определяется ,а Рмак = Кз ∙∑Рном где Кз- коэффициент загрузки ,для S1 Кз =0,9 S3,4 Кз = 0,75 5. При n ≤ 5 , если m ≥3, Ки ≥ 0,2 n э ф = (∑Рном)2/ ∑Рн2 6. При n< 4, Км=1,Рс р=Рм , Q с р =Q м при n > 300, n эф = n.. Пример: Определить расчетную суммарную мощность цеха, в котором установлены 4 мешалки по 20 кВт, 2 вентилятора по 7 кВт и 2 насоса по 50 кВт, U=380В. 1. Определяем номинальные мощности групп. Pнгр.1= 4 × 20 = 80 кВт Pнгр.2= 2 × 7 = 14 кВт Pнгр.3= 2 × 50 = 100 кВт 2. Определяем средние активные мощности. Pср.1=Kи × Рном = 0,8 × 80 = 64 кВт Pср.2= 0,6 × 14 = 8,4 кВт Pср.3= 0,7 × 100 = 70 кВт 3. Определяем реактивные средние мощности. Qср.1= Рср × tgj = 64 × 0,62= 39,6 кВАр Qср.2= 8,4 × 0,75= 6,3 кВАр Qср.3= 52,5 × 0,75= 52,5 кВАр 4. Определяем полную среднюю мощность. 5. Определяем коэффициент использования средний. 6. Определяем показатель силовой сборки. 7. Определяем эффективное число электроприемников. n>5, m>3, Kи>0.2, то 8. Определяем коэффициент максимума по таблице 2.13 [1]. KMAX=1,2 9. Определяем максимальную мощность. Рмах = Кмах × SРср = 1,2 × 142,4 = 170,88 кВт Qmax = Kmax × SQcp =1,2 × 98,4 = 118,08 кВАр Smax = Kmax × Scp = 1,2 × 173 = 207,6 кВА 10. Определяем максимальный ток. Данные расчета заносим в таблицу 3. Метод удельного потребления энергии на единицу продукции. Необходимую электрическую мощность в целом по предприятию и отдельным его цехам можно определить по данным удельного потребления электроэнергии на единицу продукции Wуд . Удельные расходы электроэнергии для разных производств установлены на основе анализа материалов статистических отчетов предприятий. Данные приводятся в справочниках. Годовое потребление электроэнергии предприятия в целом или цехом Wгод = W уд Mгод , где Mгод – количество продукции за год Максимальная расчетная мощность Pмак .год = Wгод / Tмак Тмак – годовое число использования максимума активной мощности при которой предприятие потребляет такое же количество электроэнергии как при средней годовой нагрузке. Металлургия-6500ч, химическая -6200ч, горнорудная- 5000ч, машиностроение-4000ч, бумажная-5500ч и т.д Метод определения электрических нагрузок однофазных электроприемников. Однофазные электроприемники включенные на фазные и междуфазные напряжения и распределенные по фазам с неравномерностью не выше 15% учитываются как трехфазные той же суммарной мощности. При превышении указанной неравномерности , расчетную нагрузку однофазных электроприемников принимают равной тройной величине нагрузки наиболее нагруженной фазы. При числе однофазных электроприемников до трех условную трехфазную номинальную мощность Рном.у определяют следующим образом: - при включении электроприемников на фазное напряжение Р ном.у = 3S пв √ПВ соsφ =3Рном.ф где Sпв- паспортная мощность кВА, Рном.ф - номинальная мощность максимально загруженной фазы - при включении однофазных электроприемников на линейное напряжение при одном электроприемнике Рном.у = √3 Рном при двух- трех электроприемниках Рном.у= 3Рном.ф Максимальную нагрузку однофазных электроприемников при числе их более трех при одинаковых Ки и соsφ, включенных на фазное или линейное напряжение определяется по формулам: Рмак = 3Ки Кмак Рном.ф Qмак = 1,1 K иQном.ф Sмак = √ P2 мак +Q2мак Пример: Три однофазных сварочных трансформатора включены на Uн =380В. Определить условную трехфазную номинальную мощность Рном.у ,если S1= 80 кВА ПВ=0,5 соsφ =0,5 ; S2 = 30кВА ПВ = 0,65 соsφ=0,53 ; S3 = 32кВА ПВ = 0,65 cosφ=0,54 Решение: Определяем номинальные приведенные мощности трансформаторов. Рном 1 = S1 √ПВ 1cоsφ1 = 80 √0,5∙0,5 = 28 кВт; Рном 2 = 30 √0,65∙ 0,53 = 13 кВт Рном 3 = 32 √0,65∙0,54 = 14 кВт Определяем нагрузку наиболее нагруженной фазы при включении трансформаторов на соответствующие фазы: Ра = (Рав + Рса) / 2 = (28+ 14)/2 = 21 кВт Рв = (Рав + Рвс )/2 = ( 28+ 13)/2 = 20,5 кВт Рс = (Рвс +Рас )/2 = ( 13 +14)/2 = 13,5 кВт Следовательно наиболее нагруженной фазой является фаза А. Определяем условную трехфазную номинальную мощность. Рном. у = 3 Ра = 3 ∙21 =63 кВт Определяем полную нагрузку и ток при соsφ 1 =0,5 при наибольшей нагрузке S1 = 80 кВА S мак = Р ном. у /соsφ1 = 63/0,5 = 126 кВА I мак =S мак /( √3 Uл) = 126/ (√3∙380) = 190 А