Определение электрических нагрузок

Оглавление

1. Общие вопросы проектирования

2. Определение электрических нагрузок

2.1. Основные положения

2. 2, Методы расчета электрических нагрузок

2.2.1. Метод коэффициента спроса

2.2. Метод упорядоченных диаграмм

2.2.3. Определение расчетной нагрузки по средней мощ­ности и коэффициенту формы

2.2.4. Метод удельного расхода электроэнергии на еди­ницу продукции

3. Выбор числа й мощности трансформаторов Разработка схемы электроснабжения

5. Выбор сечения проводов и кабелей

6. Расчет токов короткого замыкания

6.1. Общие положения

6.2. Расчет токов К. 3, в именованных единицах

6.3. Сопротивления отдельных элементов схемы электроснаб­жения

6.4. Расчет токов К.З. в относительных единицах

6.5. Определение токов короткого замыкания по расчетным

кривым

6.6. Примеры расчета токов короткого замыкания

7. Выбор и проверка токоведущих частей и электрических аппаратов

7.1. Общие положения

7.2. Выбор шин и изоляторов

7.3. Выбор высоковольтных выключателей

7.4. Выбор разъединителей, отделителей й короткозамыкателей

7.5. Выбор предохранителей

7.6. Выборреакторов

7.7. Выбор трансформаторов тока

7.8. Выбор трансформаторов напряжения

8. Защита от перенапряжений

9. Релейная защита

9.1. Источники оперативного тока

9. 2. Защита трансформаторов

9.3. Защита элек^тродвигателей

9.4. Защита воздушных и кабельных линий

9. 5. Защита сборных шин

10. Пример выполнения проекта электроснабжения кустовой

насосной станций (КНС)

10.1. Технология поддержания пластового давления.

Исходные данные для проекта

10.2. Выбор технологического оборудования

10.3. Выбор мощности и типа электродвигателей

10.4. Расчет электрических нагрузок и выбор трансформаторов 10.5. Разработка схемы электроснабжения

10.6. Выбор сечения проводов и кабелей

10.7. Выбор ячеек КРУ

10.8. Расчет токов короткого замыкания

10.9. Выбор высоковольтных электрических аппаратов

Приложение

Список использованных источников

УДК 621.316.001.63(075.8)

Пособие к курсовому и диплом­ному проектированию по электроснабжению предприятий агропромышленного комплекса. Учебное пособие - Тюмень, ГАУ Северного Зауралья, 2013.- 95с.

Рассматриваются организационно-методические и технологические вопросы курсового и дипломного проектирования по электроснабжению. Изложены современные методы определения электрических наг­рузок. Приводятся рекомендации по разработке схем электроснабже­ния, выбору силовых трансформаторов, сечений проводов и, кабелей, электрических аппаратов. Подробно рассмотрены вопросы расчета токов короткого замыкания, приведены примеры. Особое внимание уделено проектированию устройств релейной защиты. Приводится пример выполнения проекта электроснабжения предприятия АПК.

Предназначено для студентов специальности 110302 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства"

Работа подготовлена направлением "Электрификация и автоматизация с/х" Государственного Аграрного Университета Северного Зауралья в соот­ветствии с дополнением к тематическому плану.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие агропромышленного комплекса базируется на современных технологиях, широко использующих электрическую энер­гию. В связи с этим возросли требования к надежности электрос­набжения, к качеству электрической энергии, к ее экономному и рациональному расходованию.

При подготовке инженеров-электриков для АПК важное значение уделяется курсовому и дипломному проектированию. Большая часть дипломных проектов по специаль­ности 110302 "Электрификация и автоматизация с/х" посвящена вопросам разработки систем электроснабжения. Кроме того предус­мотрена курсовая работа по этой слециальности.

Учебное пособие ставит целью расширить объем, улучшить каче­ство усвоения и конкретизировать теоретический материал, а также систематизировать и доступно изложить основные вопросы необходи­мые студенту для успешного выполнения курсового и дипломного проекта по электроснабжению предприятий АПК. Пособие может оказать помощь студентам при изучении теоретических дисциплин, имеющих разделы по электроснабжению релейной защите, а также руководителям и консультантам курсового и дипломного проектирования.

В основу пособия заложены применительно к предприятиям АПК материалы литературных источников многолетняя практика эксплуатации систем электроснабжения предприятий АПК и конспекты лекций по курсу «Автоматизация технологических процессов», который читается автором в ТГСХА а также руководства дипломным проектированием по специальности 110302. В пособии рассмотрен пример. выполнения про­екта электроснабжения предприятия АПК.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курсовое и особенно дипломное проектирование по электроснаб­жению предприятий АПК является важ­нейшим и наиболее эффективным видом учебного процесса в вузе, формирующим из студентов будущих инженеров-электриков.

Хотя цели, объем и глубина проработки вопросов при курсовом и дипломном проектировании различны,оба вида проектирования имеют много общего с методической точки зрения. Курсовое проек­тирование является логической ступенькой, подводящей студента к дипломному проектированию.

ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ является завершающим этапом обуче­ний студента в вузе. Цель дипломного проектирования:

- систематизировать, закрепить и расширить теоретические и практические знания по специальности и привить студенту умение применять эти знания при решении конкретных научных, технических, экономических, производственных и экологических задач;

- развить навыки самостоятельной работы и овладеть методикой исследования и экспериментирования в процессе проектирования проблем и вопросов;

. - выяснить подготовленность студента к самостоятельной рабо­те в условиях современного производства.

Тема дипломного проекта закрепляется за студентом приказом ректора перед направлением студента на преддипломную практику. Руководители дипломных проектов назначаются из числа профессоров, доцентов, наиболее опытных преподавателей и научных сотрудников вуза или высококвалифицированных специалистов других учреждений и предприятий.

Руководитель дипломного проекта выдает задание на проектиро­вание, оказывает помощь студенту в разработке календарного гра­фика работы, рекомендует студенту необходимую литературу, кон­сультирует студента и проверяет выполнение работы.

По разделам безопасности жизнедеятельности и экономике, ко­торые являются составными частями дипломного проекта, назна­чаются дополнительно консультанты. Консультанты дают рекомен­дации по выполнению соответствующей части проекта и подписывают ее.

Дипломный проект является самостоятельной творческой работой студента, поэтому за все принятые конкретные решения, за правильноеть исходных данных и результаты расчета отвечает дипломник-автор проекта.

Темы дипломных проектов и отдельные разработки должны быть реальными и применимы к практическому использованию. Целесообраз­но выполнение проектов с научно-исследовательским уклоном. Обяза­тельным в дипломных проектах является использование современной вычислительной техники. Проект должен отвечать требованиям ГОСТ. правилам устройства электроустановок. требованиям охраны труда и техники безопасности.

Общие требования к дипломному проекту, к оформлению расчетно-пояснительной записки и графической части подробно изложены в [1.2

Объемпояснительной записки дипломного проекта составляет 90 - 110 страниц рукописного текста (или 70-90 страниц ма­шинописного). Графический материал включает 9 листов чертежей формата А1 (594x841 мм) и выполняется карандашом или черной тушью или 3 комплектов формата А4 при защите работы в мультимедийном виде.

Дипломный проект может быть выполнен комплексным. В этом случае два или несколько студентов работают над одной общей бо­лее крупной темой. Пояснительная записка комплексного дипломного проекта состоит из нескольких частей, оформляемых отдельно. Общая часть выполняется одна на всех исполнителей, а специальная часть оформляется в виде отдельной пояснительной записки для каждого исполнителя. Графическая часть проекта выполняется общей для всех исполнителей.

Дипломный проект должен быть выполнен в сроки согласно учеб­ному плану. Законченный дипломный проект с подписями студента, руководителя, консультантов и нормоконтролера, передается заве­дующему кафедрой (руководителю направления). К проекту прилагает­ся письменный отзыв руководителя о дипломнике, отзыв рецензента, после чего дипломный проект выносится на защиту перед Государст­венной аттестационной комиссией (ГАК).

При КУРСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ студент впервые самостоятельно проектирует электрическую часть конкретного предприятия АПК. При этом ему приходится использо­вать для решения тех или иных вопросов комплекс знаний, получен­ных из различных учебных курсов, на производственной практике. а также в процессе выполнения типовых расчетов, домашних заданий, лабораторных работ, В процессе проектирования студент усваивает методику проектирования, учится работать с технической литературой, каталогами, ГОСТ, прейскурантами, справочниками, материалами проектных организаций и т.п.

Тема курсового проекта (работы) по сравнению с дипломным проектом охватывает боле узкий круг вопросов в пределах учеб­ной программы данной дисциплины. Курсовой проект (работа) посвящен обычно решению какой-то одной задачи. Задание на проектирование составляется руководителем проекта (работы) и выдается студент посла утверждения тем на заседании кафедры. Задание содержит название темы, развернутое ее содержание, количество и содержание чертежей.

Обычно курсовой проект содержит 25 - 40 страниц рукописного текста и до трех листов чертежей формата А1, курсовая работа -15 - 20 страниц текста с графиками и рисунками и не более одного листа чертежей формата А1.

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту включает в себя титульный лист, задание с исходными данными на проектиро­вание, аннотацию, оглавление, введение, основное содержание про­екта, выводы, список использованных источников.

Требования к оформлению расчетно-пояснительной записки и графической части курсового проекта (работы) остаются те же, что и для дипломного проекта.

По завершении курсового проекта (работы) студент представ­ляет подписанные им пояснительную записку и чертежи руководи­телю для проверки и рецензирования. Руководитель решает вопрос о допуске студента к защите. Для защиты курсового проекта (работы) назначается комиссия из 2 - 3 преподавателей. После ответов на вопросы членов комиссии выносится решение об оценке проекта.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Основные положения

Расчету электрических нагрузок, как правило, предшествует описание краткой характеристики объекта, его технологической схе­мы, расчет и выбор технологического оборудования, которые приво­дятся в общей (технологической) части проекта.

Расчет электрических нагрузок является первым этапом проек­тирования любой системы электроснабжения. Правильное их определение служит основой рационального построения и эксплуатации систем электроснабжения предприятий АПК. Электрические нагрузки определяют для выбора и проверки силовых трансформаторов, коммутационных аппаратов, сечений шин, проводов и кабелей, а также для выбора устройств защиты и компенсирующих устройств. От правильного расчета электрических нагрузок зависят капитальные затраты и эксплуатационные расходы в системе элект­роснабжения [3.4].

При расчете электрических нагрузок величины, относящиеся к одному электроприемнику, обозначают строчными буквами (p.q.s). а относящиеся к группе электроприемников - заглавными буквами ( P,Q,S ).

Мощность электроприемников повторно-кратковременного режима приводится к номинальной мощности продолжительного режима

 

где ПВ - паспортная продолжительность включения в относительных единицах.

Номинальная активная мощность группы потребителей определя­ется как арифметическая сумма номинальных (паспортных) активных мощностей отдельных электроприемников Р_ном, приведенных к ПВ=1 (кроме резервных):

 

Номинальная реактивная мощность группы электроприемников оп­ределяется как алгебраическая сумма реактивных мощностей отдель­ных потребителей с учетом знака в зависимости от того, потреб­ляется она из сети (знак плюс) или отдается в сеть (знак минус). Электроприемнику, находящиеся в резерве, также не учитывают.

В качестве расчетной нагрузки принимается максимальная наг­рузка (Рм) за интервал времени 30 мин (получасовой максимум). Ве­личина расчетного тока группы электроприемников определяется из выражения:

 

где cosφ - значение коэффициента мощности группы электроприем-никое за период расчетного максимума активной мощ­ности (30 мин).

2.2. Методы расчета электрических нагрузок

В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок, которые мож­но разделить на основные и вспомогательные. К основным методам относятся следующие.

 

2.2.1. Метод коэффициента спроса

 

Метод является приближенным, им пользуются на стадии проект­ного задания для определения расчетной (максимальной; мощности цеха, предприятия. Для определения расчетной мощности по этому методу необходимо знать суммарную установленную мощность потреби­телей Рном, коэффициенты мощности cosφ и спроса Кс дан­ной группы потребителей, которые приводятся в справочниках в за­висимости от характера нагрузки [3,5].

 

Расчетная мощность по этому методу:

 

;

;

где tg - значение, соответствующее средневзвешенному cosφданной группы приемников.

 

2.2.2. Метод упорядоченных диаграмм

 

Метод являемся в настоящее время основным при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения [6]. Расчетная максимальная мощность по этому методу определяется:

 

где Км - коэффициент максимума;

Ки - коэффициент использования активной мощности;

Рном - сумма номинальных мощностей электроприемников, за исключением резервных.

Значения коэффициента использования Ки приводятся в спра­вочниках. Коэффициент максимума Км определяется в зависимости от эффективного числа электроприемников и величины коэффи­циента использования Ки по табл.2.1, либо по диаграмме

Км = 𝙛(Ип_э, Ки) [3,5.6)

Эффективным (приведенным) числом электроприемников п, называют такое число однородных по режиму работы электропри­емников одинаковой мощности, которые дают ту же величину расчет­ного максимума Рм, что и группа электроприемникоз, различных по мощности и режиму работы

 

где Рном - номинальная активная мощность единичного электроприем­ника.

В соответствии с практикой проектирования систем электро-снабжения принято ряд допущений [3,6]:.

 

1. При числе электроприемников в группе четыре и более счи­тать при условии, что

 

Пэ	Ки=0,1	Ки=0,15	Ки=0,2	Ки=0,3	Ки=0,4	Ки=0,5	Ки=0,6	Ки=0,7	Ки=0,8	Ки=0,9
	3,43	3,11	2,64	2,14	1,87	1,65	1,46	1,29	1,14	1,05
	3,23	2,87	2,42		1,74	1,57	1,41	1,26	1,12	1,04
	3,04	2,64	2,24	1,88	1,66	1,51	1,37	1,23	1,1	1,04
	2,88	2,48	2,1	1,8	1,58	1,45	1,33	1,21	1,09	1,04
	2,72	2,31	1,99	1,72	1,52	1,4	1,3	1,2	1,08	1,04
	2,56	2,2	1,9	1,65	1,47	1,37	1,28	1,18	1,08	1,03
	2,42	2,1	1,84	1,6	1,43	1,34	1,26	1,16	1,07	1,03
	2,24	1,96	1,75	1,52	1,36	1,28	1,23	1,15	1,07	1,03
	1,99	1,77	1,61	1,41	1,28	1,29	1,18	1,12	1,07	1,03
	1,84	1,65	1,5	1,34	1,24	1,2	1,15	1,11	1,06	1,03
	1,71	1,55	1,4	1,28	1,21	1,17	1,14	1,1	1,06	1,03
	1,62	1,46	1,34	1,24	1,19	1,16	1,13	1,1	1,05	1,03
	1,5	1,37	1,27	1,19	1,15	1,13	1,12	1,09	1,05	1,02
	1,4	1,3	1,23	1,16	1,14	1,11	1,1	1,08	1,04	1,02
	1,32	1,25	1,19	1,14	1,12	1,11	1,09	1,07	1,03	1,02
	1,25	1,2	1,15	1,11	1,1	1,1	1,08	1,06	1,03	1,02
	1,21	1,17	1,12	1,1	1,08	1,08	1,08	1,05	1,02	1,02

 

Таблица 2.1

Коэффициент максимума Км в зависимости от величины коэффициента использования Ки и эффективного (приведенного) числа электроприемников n_э

При определении mдопускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы.

2. При m>3 и Ku 0,2 эффективное число электроприемников можно определить по более простой формуле:

где р_ном номинальная мощность одного наибольшего электроприем­ника группы.

Когда найденное по этой формуле число окажется больше следует принимать .

3. При числе электроприемников в группе большем трех, но при эффективном их числе меньшем четырех (т. е. п>3 и Пэ<4), мак­симальная нагрузка может быть принята как для группы электропри­емников с , но не менее суммы номинальных мощностей трех наибольших электроприемников. Для электроприемников длительного режима работы практически с. постоянным графиком нагрузки коэффициент максимума Км прини­мается равным единице [3.6]. Расчетная максимальная мощность для этих потребителей

 

 

К таким потребителям можно отнести электродвигатели насосных агрегатов для полива культурных растений, перекачивании фекальных вод, компрессорных станций для приготовлении кислорода и т.п.

Расчетную реактивную мощность по этому методу принимают:

 

При

При

 

Если в группе электроприемников предприятия имеются электро­приемники, работающие с опережающим коэффициентом мощности, нап­ример, синхронные двигатели, то их реактивные мощности Qc при­нимаются со знаком минус и вычитаются из общей реактивной, мощ­ности. По полученным значениям Рм и Ом можно подсчитать полную мощность

 

 

2.2.3. Определение расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы

В основе метода лежит допущение равенства расчетной нагрузки и среднеквадратичной, т.е. Рр = Рс.к.

Метод может быть рекомендован для определения расчетных наг­рузок на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных под­станций, а также на шинах распределительной подстанции при дос­таточно равномерном графике нагрузок. Расчетную нагрузку группы приемников определяют из выражений:

Или

где Р ем. Q см - средние активная и реактивная мощности предп­риятия за наиболее загруженную смену; К ф. а. Кф.р - коэффициенты формы графика активной и реак­тивной мощности.

Средние мощности за наиболее загруженную смену Р ем и О см при проектировании определяют одним из следующих способов:

- по установленной мощности Р ном и коэффициенту использова­ния К и

 

- по удельному расходу электроэнергии на единицу продукции Э уд и количеству выпускаемой продукции за смену М см

 

 

здесь Т см - продолжительность наиболее загруженной смены;

- в условиях эксплуатации среднюю мощность можно определить по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии.

Коэффициент формы К ф для малоизменяющейся нагрузки имеет практически постоянное значение. Его можно найти по опытным дан­ным для аналогичных предприятий. При отсутствии экспериментальных данных можно принять К ф а = 1,1-1,2.