Потребители электрической энергии

Оглавление:

1. Характеристика потребителей электроэнергии

1.1 Категории надежности потребителей электроэнергии

1.2 Режимы работы электроприемников

1.2.1 Продолжительный режим работы

1.2.2 Повторно-кратковременный режим работы

1.2.3 Кратковременный режим работы

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Расчет силовых нагрузок

2.1.1 Расчет силовой нагрузки трехфазных потребителей механического цеха

2.1.2 Расчет силовой нагрузки термического цеха

2.1.3 Расчет силовой нагрузки сварного цеха

2.2 Расчет осветительной нагрузки

2.2.1 Расчет осветительной нагрузки механического цеха

2.2.2 Расчет осветительной нагрузки термического цеха

2.2.3 Расчет осветительной нагрузки сварочного цеха

4. Проектирование освещения производственного здания

4.1. Выбор источников света

4.2 Определение расположения светильников

4.2.1 Определяем расчетную высоту подвеса светильников

4.3 Проектирование осветительных установок

1. Характеристика потребителей электроэнергии

1.1 Категории надежности потребителей электроэнергии

Бесперебойность (надежность) электроснабжения электроприемников (потребителей) электроэнергии в любой момент времени определяется режимами их работы. В отношение обеспечения надежности электроснабжения, характера и тяжести последствий от перерыва питания приемники электрической энергии, согласно ПУЭ разделяются на следующие категории:

Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжение которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Удельный вес нагрузок потребителей первой категории в большинстве отраслей промышленности невелик, за исключением химических и металлургических производств. На нефтехимических заводах нагрузка потребителей первой категории составляет от суммарной расчетной нагрузки. На металлургических заводах, имеющих в своем составе только коксохимические, доменные и конверторные цеха нагрузка первой категории равна .

Из состава электроприемников первой категории выделена так называемая особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. К ним относятся электродвигатели задвижек, приводы компрессоров, вентиляторов, насосов подъемных машин на подземных рудниках.

Электроприемники: первой категории должны обеспечиваться питанием от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, перерыв их электроснабжения при аварии на одном из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Электроприемники второй категории – это такие электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, к массовому простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания.

Для данной категории при нарушении электроснабжения одного источника питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питании действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригадой.

Электроприемниками третьей категории называются все остальные электроприемники, не подходящие под определение вышеизложенных. К ним можно отнести электроприемники во вспомогательных цехах, на неответственных складах. Для их электроснабжения достаточно одного их источников питания, при условии, что перерывы в электроснабжении достаточно одного из источников питания при условии, что перерывы в электроснабжении, необходимые для ремонта или замены поврежденного аппарата, не превышают суток.

1.2 Режимы работы электроприемников

Согласно ГОСТ 183-74 различают восемь номинальных режимов работы электроприемников:

o продолжительный;

o кратковременный;

o повторно-кратковременный;

o повторно-кратковременный с частичными пусками;

o повторно-кратковременный с частичными пусками и электрическим торможением;

o перемежающийся;

o перемежающийся с частыми реверсами;

o перемежающийся с двумя или более частотами вращения.

Рассмотрим три основные режима работы, характерных для большинства электроприемников промышленных предприятий, - продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный:

1.2.1 Продолжительный режим работы

В этом режиме электрические машины и аппараты могут работать длительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой; при этом условии обеспечивается безаварийная работа электроустановок. Поэтому в паспорте электроприемников, трансформаторов и генераторов электрических станций указывается значение номинальной (установленной) мощности, которая гарантирует сохранность изоляции от перегрева.

В продолжительном режиме работают электроприводы большинства насосов, компрессоров, вентиляторов, механизмы непрерывного транспорта, нагревательные печи.

Для силовой (двигательной) нагрузки и нагрузки электропечей номинальная мощность электроприемников принимается по паспортным данным:

Р _{ном.э.д.} = Р _{паспор.}

Р_{ном.нег.} = Р_{паспор.} (1.1)

Для выпрямительных установок:

Р_{ном.в.у.} = S_паспр.·cos_пасп. (1.2)

Как правило, для выпрямительных установок cos= 0,57.

Номинальная мощность трансформаторов определяется:

Р_ном.тр. = S_ном. * cos_памп. (1.3)

1.2.2 Повторно-кратковременный режим работы

В этом режиме кратковременные периоды работы механизма чередуются с паузами. При это рабочие периоды не настолько длительны, чтобы превышении температуры нагрева электроустановок над температурой окружающей среды t могло быстро достигнуть установившегося значения t_уст., а во время пауз электроустановка не успевает охлаждаться до температуры окружающей среды. В результате многократных приемов температура электроустановки достигает некоторой средней установившейся величины t_ср.

В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы механизмов подъемно-транспортных машин, приводы прокатных станов, электросварочные аппараты для точечной сварки.

Для данных механизмов указанная в паспорте мощность повторно-кратковременного режима должна быть приведена к номинальной мощности продолжительного режима Р_ном., при ПВ=100 %

Р_ном. = Р_пасп. ·_пасп. (1.4)

Для сварочных машин и трансформаторов электропечей:

Р_ном.. = S_пасп.·_пасп. ·cos _пасп. (1.5)

1.2.3 Кратковременный режим работы

Он характеризуется небольшими по времени периодами работы и длительными паузами с отключением электроприемника от сети. Иначе говоря, период работы имеет столь ограниченную продолжительность, что превышение температуры окружающей среды не успевает достигнуть предельных значений, а продолжительность пауз между периодами работы столь велика, что электрооборудование успевает охладиться до температуры окружающей среды.

В кратковременном режиме работают вспомогательные механизмы металлорежущих станков, электроприводы различных заслонок, задвижек, где пауза значительно превышает длительность периода работы

По ГОСТ 189-74-74 принимается длительность периода работы ЭП с неизменной номинальной нагрузкой в кратковременном режиме 10, 30, 60 и 90 минут.

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Расчет силовых нагрузок

2.1.1 Расчет силовой нагрузки трехфазных потребителей механического цеха

Исходные данные для расчета:

1. Токарные станки - Р_н. = 12 (квт), n = 8 шт.

- Р_н. = 5 (квт), n = 5 шт.

2. Строгальные станки - Р_н. = 5 (квт), n = 8 шт.

- Р_н. = 9 (квт), n = 8 шт.

3. Долбежные станки - Р_н. = 2,7 (квт), n = 3 шт.

- Р_н. = 5,4 (квт), n = 2 шт.

4. Фрезерные станки - Р_н. = 6 (квт), n = 5 шт.

- Р_н. = 12 (квт), n = 8 шт.

5. Сверлильные станки - Р_н. = 5 (квт), n = 10 шт.

- Р_н. = 10 (квт), n = 6 шт.

6. Карусельные станки - Р_н. = 30 (квт), n = 3 шт.

7. Точильные станки - Р_н. = 11 (квт), n = 2 шт.

8. Шлифовальные станки - Р_н. = 15 (квт), n = 4 шт.

- Р_н. = 26 (квт), n = 3 шт.

- Р_н. = 31 (квт), n = 1 шт.

9. Шлифовальные автоматы: - Р_н. = 10 (квт), n = 5 шт.

- Р_н. = 13,6 (квт), n = 4 шт.

- Р_н. = 19,5 (квт), n = 6 шт.

10. Вентиляторы: - Р_н. = 7 (квт), n = 2 шт.

- Р_н. = 10 (квт), n = 2 шт.

11. Кран-балка: ПВ=40% - Р_пасп. = 10 (квт), n = 2 шт.

- Р_пасп. = 22 (квт), n = 4 шт.

12. Мостовой кран: ПВ=25% - Р_пасп. = 5,5 (квт), n = 2 шт.

Решение

1. По формуле:

где P_{H,i –} активная номинальная мощность i-го приемника (кВт), K_u,i – коэффициент использования активной мощности, определяем среднесменную нагрузку (Р_см.) группы потребителей, подключенных к узлу питания напряжением до 1 кв с помощью коэффициента использования.

1. группа – токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные, карусельные, точильные станки (К_u = 0,14; cos= 0,5; tg = 1,73);

2. группа – шлифовальные станки, шлифовальные автоматы (К_u = 0,25; cos = 0,65; tg = 1,17);

3. группа – вентиляторы (К_u = 0,7; cos= 0,8; tg= 0,75);

4. группа – кран-балки (ПВ=40%), (К_u = 0,1; cos= 0,5; tg= 1,73);

5. группа – мостовой кран (ПВ=25%), (К_u = 0,06; cos= 0,5; tg= 1,73);

1группа: Р_см1. = 0,14·(12·8+5·5+5·8+9·8+2,7·3+5,4·2+6·5+12·8+5·10+10·6+30·3+11·2) =

= 0,14·599,9 = 83,986(кВт);

2 группа: Р_см2. = 0,25·(15·4+26·3+31·1+10·5+13,6·4+19,5·6) = 0,25·390,4 = 97,6 (кВт);

3 группа: Р_см.3. = Р_р = 0,7·(7·2+10·2) = 23,8(кВт);

4 группа: Р_см4. = 0,1··(10·2+22·4) = 6,83(кВт);

5 группа: Р_см4. = 0,06··5,5·2 = 0,33(кВт).

2 Определяем эффективное число электроприемников по группам, по следующей формуле:

где Р_н.max – номинальная мощность наиболее мощного приемника в группе.

1 группа: n _{эф. = =} 40 (шт.);

2 группа: т.к. Р_н.max / Р_н.min = 3, то n _эф. = 23 (шт.);

3 группа: т.к. Р_см.3. = Р_р , то n _эф. не определяем;

4 группа: т.к. Р_н.max / Р_н.min = 2,2, то n _эф. = 6 (шт.);

5 группа: т.к. Р_н.max / Р_н.min = 1, то n _эф. = 2 (шт.);

3. Определяем расчетный коэффициент К_р (по приложению 7).

1 группа: n _эф. = 40 (шт.): К_р = 1,13;

2 группа: n _эф. = 23 (шт.): К_р = 1,12;

4 группа: n _эф. = 6 (шт.): К_р = 2,64;

5 группа: n _эф. = 2 (шт.): К_р = 6,22.

По формуле

определяем расчетную активную мощность:

1 группа: Р_р1 = 1,13·83,986 = 94,9 (кВт);

2 группа: Р_р2 = 1,12·97,6 = 109,312 (кВт);

4 группа: Р_р4 = 2,64·6,83 = 18,03 (кВт);

5 группа: Р_р5 = 6,22·0,33 = 2,05 (кВт).

5. Определяем суммарную активную мощность по механическому цеху:

Р_{рΣ. мех.цех.} = 94,9+109,31+23,8+18,03+2,05 = 248,09 (кВт).

6. Определяем расчетную реактивную мощность Q_р по следующим формулам

1 группа: Q_р1 = 83,986·1,73 = 145,296 (квар.);

2 группа: Q_р2 = 97,6 ·1,17 = 114,192 (квар.);

3 группа: Q_р3 = 1,1·23,8·0,75 = 19,635 (квар.);

4 группа: Q_р4 = 1,1·6,83·1,73 = 12,997 (квар.);

5 группа: Q_р5 = 1,1·0,33·1,73 = 0,628 (квар.).

7. Реактивная суммарная нагрузка по механическому цеху составляет:

Q_{pΣ.мех.цеха.} = 145,296+114,192+19,635+12,997+0,628 = 292,748 (квар.)

8. Определяем полную мощность механического цеха.

S_{pΣ мех.цеха.}= == 383,732 (кВа)

2.1.2 Расчет силовой нагрузки термического цеха

Рассчитать силовую нагрузку термического цеха:

Исходные данные:

1. Электропечь сопротивления (трехфазная)

U_н =380 (В); Р_н=24 (кВт), n = 3

2. Электропечь сопротивления (однофазная) –

U_н =380 (В); Р_н=60 (кВт), n = 2

3. Электропечь сопротивления (однофазная) –

U_н =220 (В); Р_н=40 (кВт), n = 2

4. Двухкамерная печь сопротивления (однофазная) –

U_н =380 (В); Р_н=19 (кВт), n = 4

5. Муфельная печь сопротивления (однофазная) –

U_н =220 (В); Р_н=2,2 (кВт), n = 1

6. Камерная печь сопротивления (однофазная) –

U_н =220 (В); Р_н=6 (кВт), n = 4

7. Индукационная печь сопротивления (однофазная) –

U_н =380 (В); Р_н=10(кВт), n = 3

8. Вентиляторы:

Р_н = 3 (кВт); n = 4;

Р_н = 7 (кВт); n = 0

9. Кран-балки – ПВ = 40%

Р_н = 10 (кВт); n = 3

Решение

1. По приложению 6 находим K_u и cos;

· Электропечи сопротивление: K_u = 0,75; cos = 0,95; tg = 0,33

· Муфельная печь: K_u = 0,75; cos = 0,95; tg = 0,33

· Камерная печь сопротивления: K_u = 0,5; cos = 0,95; tg = 0,33

· Индукционная печь: K_u = 0,7; cos = 0,4; tg = 2,29

· Вентиляторы: K_u = 0,7; cos = 0,8; tg = 0,75

· Кран-балка: K_u = 0,06; cos = 0,5; tg = 1,73

2. Распределяем равномерно однофазные электроприемники по фазам:

Рисунок 1. Равномерное распределение однофазных электроприемников по фазам.

Определяем наиболее загруженную фазу по выражениям (2.1-2.3):

Наиболее загруженной является фаза С.

Найти реактивную нагрузку по наиболее загруженной фазе С.

3. Находим условную трехфазную активную и реактивную нагрузки для натболее загруженной фазы:

Р_см.у.=3·Р_см.с=3·80,57 =241,71 (кВт)

Q_см.у.= 3·Q_см.с=3·32,07=96,21 (кВт)

4. Определяем Р_см. для трехфазных электроприемников:

- трехфазная электропечь сопротивления: Р_см.1. = Р_р1 = 0,75·24·3 = 54 (кВт)

- вентиляторы: Р_см.2. = Р_р2 = 0,7·4·3 = 8,4 (кВт)

-кран-балка: Р_см.3. = 0,06··3·10 = 1,14 (кВт)

Q_см.1.= 54 ·0,33 = 17,82 (квар)

Q_см.2.= 8,4·0,75 = 6,3 (квар)

Q_см.3.= 1,14·1,73 = 2,44 (квар)

Р_см.∑.= 241,76+54+8,4+1,14 = 305,3 (кВт)

Q_см.∑.= 96,21+17,82+6,3+2,44 = 122,77 (кВар)

5. Определяем условную активную номинальную нагрузку наиболее загруженной фазы:

Р_см._С =

Р_н.у. = 3·Р_см.с = 3·126,03 = 378,09 (кВт)

6. Определяем средневзвешенный коэффициент использования: (ф-ла 2.4.)

К_и =

7. Определяем эффективное число электроприемников и реактивный коэффициент – К_р.

n_эф.==15,82, К_р=1,0

8. Определяем для термического цеха:

Р_р; Q_р; S_Р

Р_р.т.ц.=1,0·305,3 = 305,3 (кВт)

Q_р.т.ц.= 122,77·1,0=122,77 (кВар)

S_р.т.ц.== 329,1 (кВА)

2.1.3 Расчет силовой нагрузки сварного цеха

Исходные данные для расчета: таблица 2.1.

Решение:

1. Определяем среднюю и эффективную мощности по формулам (2.5 ) и (2.6).

Для машин одноточечной, шовной и реальной сварок и дуговые аварийные аппараты:

Таблица 2.1. Исходные и расчетные данные

2. Равномерно распределяем сварочные машины по фазам. Так как К_з и ПВ_ф сильно отличаются друг от друга, то оценку нагрузок будем производить по S_эф.

Рис.2. Равномерное распределение однофазных ЭП, работающих в ПКР.

3. В соответствии с рисунком имеем:

= 19,68+8,85+2∙185,59+14,33+46,04 = 460,08 (кВА)

= 8,85+2∙34,21+185,59+2∙46,04+25,04 = 379,98 (кВА)

= 3∙34,21+185,59+14,33+2∙37,12+25,04 = 401,83 (кВА)

4. Так как небаланс нагрузки более 15%, то S⁽³⁾_эф определяем по формуле:

S⁽³⁾_эф =

S⁽³⁾_эф = = 1293,85 (кВА)

5. Далее находим нагрузку на 220 (В) и трехфазную нагрузку на 380 (В)

S⁽³⁾_эф.у= 3·(10,06+18,11+14,33∙2+13,36+11,24∙4) = 345,45 (кВА)

6. Суммарная расчетная нагрузка сварочного участка с учетом трехфазных сварочных трансформаторов:

S_эф.∑ = S⁽³⁾_эф+ S⁽³⁾_эф.у+ S_{эф.трех.} = 1293,85+345,45+14,87·3 = 1683,91 (кВА)

2.2 Расчет осветительной нагрузки

2.2.1 Расчет осветительной нагрузки механического цеха

Расчет осветительных нагрузок выполняем методом удельных мощностей.

По справочным материалам в зависимости от разряда зрительных работ, контраста объекта и фона, характеристики фона, типа источника света и принятой системы освещения определяется норма освещенности Е_н.

Определяем установленную мощность источника света в соответствии с методом удельных мощностей по формуле:

где: Р_уд. – удельная мощность осветительных установок (Вт/м²),

F – площадь освещенного помещения цеха (м²).

где: Sp – полная расчетная нагрузка (кВА).

- удельная мощность силовой нагрузки на 1 м² площади (Вт/м ²).

Из приложения 10 для механического цеха:

_мех.ц.= 250 (Вт/м ²).

F = = 1534,928 (м²)

Далее определяем Р_уст.

Р_уст. = 4,9·1534,928 = 7,52 (кВт);

Далее определяем Р_{р.осв.мех.ц}.; Q_{р.осв.мех.ц.:}

где: К_с – коэффициент сырья, К_ПРА – коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре

Р_{р.ав.мех.ц.} = 0,9·1,1·7,52= 7,44 (Вт)

где: tg соответствует:

- для ЛЛ – (0,92ч0,98)

- для ДРЛ – (0,5ч0,68)

Q _{осв.мех.ц.} = 7,44·0,60 = 4,464 (квар.)

2.2.2 Расчет осветительной нагрузки термического цеха

1. Определяем площадь освещенного помещения.

F_т.ц.= = = 822,75 (м²);

2. Определяем установленную мощность источников света.

Р_{уст.т.ц.}= Р_уд. F_т.т.= 4,5·822,75 = 3702,4 (Вт)

Р_{уст.т.ц.} = 3,7 (кВт)

3. Определяем расчетные активную Р_р.осв. и реактивную Q_р.осв. нагрузок освещенных установок.

Р_{р.осв.т.ц.}= Р_{уст.т.ц.}К_сК_ПРА. = 3,7·0,922·1,1 = 3,753 (кВт).

Q_{р. осв.т.ц.}= Р_{р.ав.т.ц.} tg = 3,753·0,60 = 2,252 (квар.);

2.2.3 Расчет осветительной нагрузки сварочного цеха

1. Определяем площадь освещаемого помещения.

F_св.ц. ===3367,82 (м²)

2. Определяем установленную мощность источников света.

Р_{уст.св.ц.} =Р _уд.F_св.ц. = 4,75·3367,82 = 15997,145 (Вт) = 15,997 (кВт).

3. Определяем расчетную активную Р_р.осв. и реактивную Q_р.осв. нагрузки осветительных установок.

Р_{р.осв. св.ц.} = Р_{уст.св.ц.} К_с К_ПРА= 15,997·0,91·1,1=16,013 (кВт);

Q_{р.осв.св.ц.}= Р_{р.осв.св.ц.} tg = 16,013·0,60=9,608 (квар.);

Далее рассчитываем годовой график нагрузки.

По данному суточному графику нагрузки (рис.3.1) строим годовой график нагрузок, который представлен на рис.3.2.

Для характеристики режимов работы ЭП применяются ряд коэффициентов.

3.1 Коэффициент использования К_U по основной мощности:

где: Р_ср – средняя мощность, Р_н – номинальная мощность

К_U==0,777

3.2 Коэффициент максимума

К_М==0,957

3.3 Коэффициент спроса

К_с==0,903

3.4 Коэффициент заполнения графика

К_зг==0,86

4. Проектирование освещения производственного здания

4.1. Выбор источников света

В качестве источников света выбираем лампы ртутные высокого давления типа ДРЛ. Для них имеем: cos φ= (0.5ч0.65)

К_пра=1,1

4.2 Определение расположения светильников

По заданным размерам производственного помещения:

- длина (А) – 55 (м)

- ширина (В) – 35 (м)

- высота (С) – 14 (м)

Освещение выполнено лампами ДРЛ в светильниках РСП – 05/Г03;

4.2.1 Определяем расчетную высоту подвеса светильников

где: h_p = 0,8 (м) расчетная высота поверхности над полом

h_c = 1,2 (м) – расстояние светильника от перекрытия.

h = 14 – 0,8 – 1,2 = 12 (м)

Для светильника, имеющего глубокую кривую силы света (буква Г в обозначении светильника), находим значение = = 1; (L_a = _э·h = 1·12 = 12 (м)).

4.2.2

При L_А = 12 (м) в ряду можно поместить 5 светильников, тогда

2ℓ = 55 – 12·4 = 7 (м)

ℓ = 3,5 (м)

4.2.3

Применяем число светильников равное n = 5, тогда

L_В = = = 8(м).

Отношение К = = = 1,5

4.2.4

Находим число светильников в цехе N = 5·5 = 25 (шт.)

На рисунке 4.1. показана схема размещения светильников в разрезе.

Рис. 4.1. Схема размещения светильников в разрезе (размеры указаны в метрах).

4.3 Проектирование осветительных установок

Расчет проводим методом коэффициента использования. Суть метода состоит в том, что либо определяется освещенность в контрольных точках, либо – световой поток для выбранного источника света. Для характеристики использования светового потока вводится коэффициент использования η.

4.3.1

Из справочника [1] определяем коэффициенты отражения – p_п; p_ст; p_р;

p_п = 0,7 p_ст = 0,5 p_р = 0,1

4.3.2

Находим помещения:

где: h = h – h_c – h_р = 14–1.2–0.8 = 12 (м)

4.3.3

По приложению 15 определяем для i = 1,782; р_н = 0,7; p_c = 0,5; р_p = 0,1 коэффициент использования: η = 0,73

4.3.4

Из приложения 12 определяем освещенность и К_зап:

Е = 300 (лк); К_зап = 1,5

Количество светильников определено ранее:

N = 25 (шт.) L_А = 12 (м); L_В = 8 (м); ℓ_А = 3,5 (м);

ℓ_В = 1,5 (м)

4.3.5

Определяем световой поток A

где: Е_н – нормируемая освещенность;

К_зап – коэффициент запаса;

Z – коэффициент минимальной освещенности (для ДЛЛ Z = 1,15);

N – число светильников.

Ф = = 54585,6 (лм)

По значению Ф_р в приложении 13 подбираем лампу ДРЛ, мощностью Р = 1000 (Вт) со световым потоком Ф_ном = 50000 (лм)

Ф > Ф_ном на 9,17%