Электронагрузки на промышленных предприятиях
1) Классификация и характеристика промышленных
электроприемников
По роду тока: переменного, постоянного, импульсного
По числу фаз: одно, двух (дуговые печи), трехфазные
По частоте переменного тока: 50 Гц и отличной от нее,
-400 Гц для питания переносного ручного инструмента
до 20 кГц для в/ч нагрева
-40 кГц для питания газоразр. ламп с целью устранения
пульсации
до 100кГц для поверхностной закалки
до 20 МГц для диэлектр. Нагрева
По номинальному напряжению: по усл. электробезоп.
до1000 и свыше
По потреблению реактивной мощности:
cosj >0.85 - высокий коэф.
.65< cosj < 0.85 - средний
.4< cosj < 0.65 - низкий
cosj < 0.4 - очень низкий
По пусковым токам и их длительности:
Двигатели с нормальным пуском
Двигатели с тяжелым пуском (большие токи и большая длит. пусков)
По степени симетрии:
симметричные трехфазные приемники
несимметричные (одно- или двухфазные)
По линейности:
Линейность - постоянство сопротивления эл. цепи
за один период перем тока
Абсолютно линейные - лампы накаливания
Крайне не линейные - п/пр приборы (тиристоры, транзисторы)
По режиму работы:
Длительного
Кратковременного
Повторно-кратковременного
По подвижности:
Стационарные
нестационарные
По надежности электроснабжения:
I Электроприемники, перерыв в эл. снабж. которых может повлеч
за собой опасность жизни людей, повреждение дорогостоящего оборудования,
массовый брак продукции и нарушение сплошного технологического процесса.
Питание от двух независ. ист.
Из состава первой выделяю особую группу эп бесперебойная
работа которых необходима для безаварийной остановки пр-ва с целью
предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения оборудования
(дв-ли задвижек и запорной арматуры пневмо- и гидросистем, приводы
компрессоров, вентиляторов и насосов, подъемных машин на подземных рудниках,
авар. освещ.)
Питание от трех независ. ист. Перерыв в работе на время
действия АВР
II ЭП, перерыв в электроснабжении которых приводит
к массовому недоотпуску продукции, простою механизмов, транспорта.
Требуется двухстороннее питание. Перерыв в эл. снабж. доп на время
рез. питания ручным либо автомат. Способом, но не более часа.
III ЭП не входящие в первую и вторую группу (жилой
сектор)
Перерыв в эл. снабж. не более 1 суток. Допускается
одностороннее питание.
Характеристика общепром. ЭП.
Силовые общепром. уст-ки (компр., вентиляторы.,
подъемно - трансп. устр-ва):Руст от долей кВт до десятков тысяч кВт;
cosfi=0,7-0,9; I, II кат; длит. реж. работы;
Освет. уст-ки: Руст до 2кВт; cosfi=0.6-1; II кат.; длит. реж. работы;
Эл. двигатели общепром. мех. (приводы разл.
станков):Руст
от0,1 до 10000 кВт; cosfi=0.6-0.9; I, III кат.; любой режим работы.
) Виды электрических нагрузок промышленных
предприятий. Графики электрических нагрузок, способы их построения
Под электрической нагрузкой подразумевается мощность.
В расчетах СЭС используются следующие значения нагрузок:
1) средняя нагрузка за наиболее нагруженную смену для
определения расчетной нагрузки и расхода э/э;
2) расчетный получасовой максимум активной и реактивной
мощности для выбора элементов СЭС: по нагреву, отклонению напряжения и
экономическим соображениям;
) пиковый ток - для оценки колебаний напряжения,
выбора устройств защиты и их уставок.
ЭП- индивидуальное устройство, потребляющее э/э.
Первой исходной величиной в расчете нагрузок является Рном.
Рном связывают с паспортной опред. соотношения.
Рпасп=Рном, если двигатель рассчитан на длит. режим работы.
Продолжительность включения (ПВ) - соотношение времени работы
двигателя и паузы.
ПВ=40-60%
Для Д.:
Для сварочного Т.:
Для Т. эл. печей:
Для группы однофазных ЭП, симметрично распределенных по фазам сети
суммарная ном. мощность также определяется как алгебраическая сумма.
Средние и среднеквадратичные нагрузки.
Суммарная средняя нагрузка потребителя дает возможность оценить
нижний предел возможных расчетных нагрузок.
В условиях эксплуатации ср. нагрузки рассматриваются за опр-й
характерный интервал времени.
Рc=р c,I
Среднеквадратичная нагрузка:
Qск - аналогично
Максимальные
и расчетные нагрузки
По продолжительности различают два вида нагрузок:
) кратковременные (пиковые) (до 3-5 с), необходимые для
оценки колебаний напряжения в сети, опр-я потерь напряжения, выбора устройств
РЗ.
Под расчетной нагрузкой понимают такую длительную неизменную
нагрузку элемента СЭС (Т., ЛЭП, реактора и т.п.), которая эквивалентна
ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому воздействию:
максимальной температуре нагрева проводника или тепловому износу его изоляции.
Методы построения графиков нагрузок
1) точный
2) приближенный
) мгновенную величину в течение какого-либо интервала времени
(30 мин) можно заменить постоянной по интервалу площадей
) Показатели и коэффициенты графиков
электрических нагрузок
Показатели: Рном, Рр, Рс, Рск
Допущение: при проектировании СЭС по характерным уже
построенным графикам нагрузки максимальная нагрузка приравнивается к расчетной.
Среднеквадратичная мощность Рск характеризует неравномерность
графика нагрузки. Чем больше пиков и провалов в графике нагрузки, тем больше
разница между средней Рс и среднеквадратичной Рск мощностями.
Коэффициенты
графиков электрических нагрузок
Коэффициенты необходмиы для расчета нагрузок не имея графиков
1) Коэффициент использования
Ки
-
представляет собой отношение средней активной мощности отдельного ЭП или группы
к номинальной мощности
по активной мощности
по реактивной мощности
Ки характеризует режим работы ЭП в течение цикла
КиÎ(0; 1)
Ки³0,6 -
длительный
Ки<0,2 - кратковременный
,2<Ки<0.6 - повторно-кратковременный
2) Коэффициент включения Кв - это отношение
продолжительности включения ЭП в рабочем цикле ко всей продолжительности цикла
(смены)
tв - время включения
tц - время цикла
tв=tр+txx
tp - время работы под нагрузкой
txx - время ХХ
3) Коэффициент загрузки - отношение фактически
потребленной мощности Рс, в (за время включения в течение цикла) к его
номинальной мощности Рном
Для одного и того же графика нагрузки коэффициент
использования Ки всегда меньше коэффициента загрузки Кз Ки<Кз
4) Коэффициент формы Кф - это отношение
среднеквадратичной мощности ЭП к среднему значению за определенный период
времени.
5) Коэффициент максимума Км - это отношение
расчетной мощности к средней нагрузке за определенный период времени (в
частности за смену)
Рр - расчетная мощность
Коэффициент максимума бывает только групповым
Коэф-т максимума определяется по специальным кривым
Nэ - эффективное число ЭП
Коэф-т максимума необходим для определения расчетной нагрузки
Рр=Км·Рс=Км·Рном·Ки
6) Коэффициент спроса Кс - это отношение
расчетной мощности к номинальной.
Коэф-т спроса относится только к групповым ЭП.
Значение Кс указываются в справочниках по электроснабжению для
характерных потребителей и отдельных ЭП.
7) Коэффициент заполнения графика нагрузки
8) Коэффициент разновременности максимумов
нагрузки - это отношение суммарного расчетного максимума мощности узла СЭС к
сумме расчетных максимумов мощностей отдельных групп ЭП, входящих в данный
узел.
РmS - суммарный max мощности узла СЭС
Рmi - max мощности отдельных потребителей, входящих в данный узел
КрмÎ(0; 1)
Крм=1 тогда, когда max всех
потребителей данного узла СЭС происходят в одно время.
Для большинства пром. предприятий Крм=0,8¸0,9
) Методы определения расчетных электрических нагрузок
Современной теорией электроснабжения практикуется 6 методов
определения расчетных нагрузок (4 основных и два вспомогательных)
Вспомогательные:
1. Расчетная нагрузка приравнивается к средней
где wа, у - уд.
расход активной энергии на ед. продукции
Мсм - объем выпуска продукции за смену
Тм, а, ц - продолжительность использования max акт. нагр. Цеха (определяется по
справочным данным)
Рр, о, ц и Рр, о, з - расчетные общецеховые и общезаводские нагрузки,
определенные по их графикам нагрузки.
n - количество технологических участков в цехе
m-количество цехов
2. Расчетная нагрузка определяется по удельной мощности
на единицу площади
Рр=р0*F
Р0 - уд. мощность на ед. производственной площади
F - площадь, где распространены ЭП
Основные:
1. По установленной мощности и коэфф. Спроса
Рр=Кс, а*Рном
Qр=Рр*tgj
Кс, а определяется по справочникам
Для крупных узлов СЭС расч. нагр. опред. суммированием расч.
нагр. отдельных групп потреб. питаемых от данного узла с учетом коэфф.
разновременности максимума.
чем ближе к энергосистеме находится узел (чем выше уровень
электроснабжения), тем Крм будет меньше.
3. Определение Рр по Рсм и Кф
Когда известны Кф для разл. ЭП
Рр=Кф, а*Рсм
Qр=Кф, р*Qсм=Рр* tgj
Рсм можно определить:
А) Рсм=Ки*Рном;
Б)
В)
. Статистический способ
По этому методу расчетную нагрузку группы ЭП определяют двумя
интегральными показателями: средней нагрузкой Рср, т и среднеквадратическим
отклонением sт
Рр, т=Рт±b*sт
b - кратность меры рассеяния
Рт - сред. Мощность за период Т
Ф-ла справедлива для установившегося процесса и nэ³6-8
Если не учитывать тепловой износ изоляции, то для выбора
токоведущих частей:
Рр, т=Рт+2,5*sт
Рр n-однотипных по режиму работы ЭП одинаковой
мощностиопр-ся:
Рр, т=Ки, т*Рном*n+2,5*sо, т*Рном*
sо, т - относительное среднеквадрат. отклонение одного ЭП
Рр для группы разных по мощности ЭП:
Рр=(Ки, т+Ко, т)*Рном
4. Метод упорядоченных диаграмм
По этому методу расчетную активную нагрузку ЭП на всех
ступенях питающих и распределительных сетей (включая трансформаторы и
преобразователи) определяют по средней мощности и коэффициенту максимума из
выражения
Значение коэф. максимума зависит от коэффициента использования Ки,
а данной группы приемников и эффективного числа ЭП nэф. Под эф. числом ЭП группы различных по
номинальной мощности и режиму работы приемников одинаковой мощности, которое
обуславливает ту же расчетную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа
Коэф. Максимума можно определить по кривым, или таблице.
Расчетную реактивную нагрузку по этому методу принимают равной:
При nэф£10 Qр=1.1Qср, м;
При nэф>10
Qр=Qср, м;
) Метод упорядоченных диаграмм
По этому методу расчетную активную нагрузку ЭП на всех ступенях
питающих и распределительных сетей (включая трансформаторы и преобразователи)
определяют по средней мощности и коэффициенту максимума из выражения
Значение коэф. максимума зависит от коэффициента использования Ки,
а данной группы приемников и эффективного числа ЭП nэф. Под эф. числом ЭП группы различных по номинальной мощности и
режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обуславливает ту же
расчетную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа
Коэф. Максимума можно определить по кривым, или таблице.
Расчетную реактивную нагрузку по этому методу принимают равной:
При nэф£10 Qр=1.1Qср, м;
При nэф>10 Qр=Qср, м;
При нахождении электрических нагрузок в
сетях напряжением до 1 кВ (силовые шкафы, магистрали, шино-проводы,)
рекомендовался следующий порядок расчета:
по расчетному узлу суммируются число
силовых электроприемников и их номинальные мощности (отдельно работающих электроприемников
и резервных);
суммируются средние активные и реактивные
нагрузки рабочих электроприемников;
находится групповой коэффициент
использования данного расчетного узла и его средневзвешенный коэффициент
мощности;
рассчитывается эффективное число электроприемников
узла;
по справочным кривым или табличным
значениям определяются коэффициенты максимума и максимальная силовая нагрузка
расчетного узла;
при наличии в данном расчетном узле
электроприемников с практически постоянным графиком нагрузки устанавливается
суммарная номинальная мощность и средняя нагрузка этих электроприемников;
расчетная силовая нагрузка по узлу в целом
находится суммированием максимальных нагрузок электроприемников с переменным
графиком и средних нагрузок электроприемников с практически постоянным
графиком;
определяется расчетный ток линии.
Средние и максимальные нагрузки на стороне
напряжением до 1 кВ трансформатора в целом рассчитываются аналогично с
добавлением осветительных нагрузок и мощности статических конденсаторов.
Электрические нагрузки отдельных узлов
системы электроснабжения в сетях выше 1 кВ рекомендуется определять аналогично:
суммируются номинальные мощности всех
установленных силовых электроприемников до и выше 1 кВ, питаемых данными РП,
ГПП, их средние нагрузки и Км;
выбирается номинальная мощность
наибольшего электроприемника;
определяется эффективное число
электроприемников пЭ, Км, cos ф, Рм, QМ;
записываются ниже данных по другим
приемникам данные о электроприемниках выше 1 кВ с практически постоянным
графиком нагрузки;
суммируются отдельно осветительные нагрузки и реактивные
потери в силовых трансформаторах;
подводятся общие итоги средних и максимальных силовых
нагрузок, осветительных нагрузок и потерь в трансформаторах.
) Картограмма электрических нагрузок. Выбор местоположения
ГПП (ГРП) и цеховых трансформаторных п/ст.
Картограмма нагрузок - план, на котором изображена картина
средней интенсивности распределения нагрузок потребителей э/э промышленного
предприятия. Картограмму нагрузок строят в основном на ген. плане завода.
Нагрузка каждого цеха выполняется с помощью кругов, центры
которых совпадают с геометрическими центрами этих цехов.
SрºSкруга Sр - расч. нагр. Цеха
m - масштаб(экспериментально) подбирается из условий: круги не
должны быть мелкими и пересекаться
Если в цехе установлена низковольтная и высоковольтная нагрузка,
то круги двойные.
Величина осветительной нагрузки каждого цеха обозначается в виде
сектора, угол которого пропорционален доле осветительной нагрузки от
общесиловой.
Sр - общесиловая нагрузка
ЦЭН (x0, y0) - символический центр потребления э/э пром. gредпр.
В ЦЭН располагается ГПП, если невозможно разместить в этой точке,
то п/ст смещается до ближайшего удобного места в сторону внешнего источника
питания. При размещении ГПП следует учитывать, что с каждой стороны по
периметру должны быть пространство шириной не менее 5 м (возможность подъезда).
ГРП размещается со стороны ИП с ЦЭН возле самого мощного цеха
ТП должны располагаться ближе к центрам нагрузок каждого цеха.
Но в реальности её размещают ближе к краю цеха.
Цеховые ТП располагают: пристроенные к цеху, встроенные,
отдельностоящие.
) Электробаланс пром. предприятий и определение потерь э/э
Электробаланс состоит из приходной и расходной части перетоков
э/э. В приходную часть баланса включается э/э, полученная от энергосистемы,
энергия выработанная собственными источниками э/э на предприятиях + реакт.
энергия, выработанная СК, БСК, СД.
Wэс+Wтэц+Wр
Расходная часть: э/э, потребляемая нагрузкой + потери при передаче
и при преобразовании э/э.
Wн+ΔW
Уравнение электробаланса:
Wэс+Wтэц+Wр= Wн+ΔW
Приходную часть составляют для предприятия в целом, по отдельным
цехам и крупным агрегатам.
Расходная часть разделена на статьи:
А) прямые затраты э/э на основной технологический процесс;
Б) косвенные затраты э/э на основной технологический процесс
вследствие его несовершенства или нарушения технолог-х норм;
В) затраты э/э на вспомогательные нужды пр-ва (вентиляция,
освещение, цеховой и заводской эл. транспорт);
Г) потери э/э в элементах СЭС;
Д) отпуск э/э посторонним потребителям (близлежащие жилые массивы,
учреждения соц.-куль. быта)
В электробалансе могут отсутствовать пункты Б, Д.
Задачи составления электробаланса:
) выявление и нахождение расходов э/э по статьям с Б по Д с тем,
чтобы выделить расход э/э на основную продукцию;
) определение действительного удельного расхода э/э на единицу
выпускаемой продукции;
) выявление возможности сокращения непроизводительных расходов
статей с Б по Д и уменьшение расхода э/э на выпуск основной продукции.
Определение потерь э/э
1) По разности показаний ΔW=W1-W2
) Iск=Кф*Ic
Δwa=3*К2ф*I2c*Rэ*Тр
I2c - ср. значение тока головного участка
сети
I2л, ном -
ном. ток головного участка сети (пропускная способность)
Сумма ном. акт. пот. всех уч-ков данной сети сорп-е которых при 20˚С:
Сумма ном. акт. пот. всех уч-ков данной сети с учетом повышения Rу за счет прохождения по данному участку ном. тока:
Эквивалентное сопротивление линии с рассредоточенной нагрузкой:
n - кол-во ответвлений от данной линии
Потери мощности и энергии в Т:
ΔWа=ΔP`х*То+ ΔP`к*К2з*Тм
Потери э/э в двигателях.
ΔWа=3*I2ск*Rэ*Тр
Складывается из потерь в металле обмоток + потери в стали + мех.
Потери
для ДПТ вместо Rэ ставят
сопротивление якоря (r0)
для СД: сопр-е статора (r1)
для АД: сопре-е (r1+r2)
Для АД с фазным ротором
ΔWa, стали=(Рх-3I12х*r1)*Тр
Рх - мощность ХХ при разомкнутом роторе
I1х - ток
статора при разомкнутом роторе
Для ДПТ
ΔWмех+ ΔWa, стали=(Рх-3I12х*r1)*Тр
) Показатели качества э/э и требования ГОСТа к ним
электроприемник промышленный нагрузка картограмма
ГОСТ 13109-67
ГОСТ 13109-97
В ГОСТ предусмотрены показатели качества к трем группам
напряжения: ~ трехфазной системы, ~ однофазного тока, постоянный ток.
Показатели:
Δf ΔU Кнсм
Отклонение напряжения
Размах колебаний напряжения
Несинусоидальные режимы напряжения
U(ωt)=U0+Σ(av*cos(vωt)+ bv*sin(vωt))
av, bv - амплитудные значения гармоник
v - номер гармоники v=[1;∞] v=1 => f=50 Гц
Uv - ампл. значение напряжения в этой гармонике
По ГОСТу Кнс≤5%
Несимметрия напряжений.
Гл. причина несимметрии в распред. сетях - неравномерное
распределение нагрузки по фазам
Z1=Z2=Z3 - сим. режим, если равенство нарушено то получ. Несимметрия
Продольная несимметрия вызывается неодинаковыми линейными
параметрами элементов СЭС (проводов, жил, обмоток Т).
По ГОСТу не более 2%
К0 - коэфф. неуравновешенности (коэфф. «0»)
) Влияние качества напряжения на работу ЭП
Влияние
отклонения напряжения
Ф - световой поток
Р - мощность лампы
Н-светоотдача
Т - срок службы
∆U=±10%
«Опрокидывание двигателя» - самопроизвольная остановка Д,
работавшего до этого в каком либо режиме
Мвр>Мсо - устойчивая работа Д.
Увеличение потребления реакт. мощности при уменьшении напр-я
на зажимах Д. (падает cosj)
Qхх >> Рхх, следовательно активная мощность убывает быстрее,
чем реактивная.
Влияние несинусоидальности на работу ЭП.
Основное влияние высших гармоник проявляется во вращающихся
машинахи Т. в виде перегрева от появления в магнитопроводах вихревых токов.
) Схемы цеховых электросетей до 1000 В. Требования, предъявляемые
к цеховым сетям
Схемы эл. снабж. должны отвечать требованиям:
) обеспечение заданного уровня надежности электроснабжения в
зависимости от категории потребителей;
) схема должна иметь оптимальные технико-экономические
показатели (потери напряжения и мощности, по расходу цв. металла, кап. затраты
т т. п.)
) цеховая сеть должна быть удобной в эксплуатации и
обслуживании
) схема должна допускать возможность скоростного монтажа
оборудования и автоматизацию
Виды схем:
А) радиальная
Б) магистральная
В) комбинированная
А) подразумевает подсоединение каждого ЭП отдельным
кабелем или проводом к отдельному ИП.
Эти схемы применяются в тех цехах, где ЭП размещены в один
или несколько рядов, относятся к одной категории надежности, не слишком
различаются по ном. мощностям.
«+»: 1) меньшие, чем для радиальной затр. на сооружение и
эксплуатацию;
) небольшие потери напряжения и мощности;
) позволяет применять модульные системы шинопроводов, что
обеспечивает скоростной монтаж и удобство в эксплуатации.
«-»: 1) пониженная надежность (при аварии на магистральной
линии отключается весь цех), магистр. схемы прим. только для потребителей 2
и 3 категории.
2) большие токи КЗ
В) Комбинированные схемы применяются в реальности.
Для цехов с преобладанием потребителей I и II категории
предусматриваются резервные перемычки между соседними п/ст или ТП.
Пропускная способность линии должна быть рассчитана на 30-40%
от ном. мощности силового трансформатора резервируемой п/ст.
В нормальном режиме перемычка не работает.
) Конструктивное исполнение цеховых сетей. Марки
проводов и кабелей. Шинопроводы
Цеховые сети могут быть выполнены двумя видами проводников:
1) изолированные провода и кабели
2) шинопроводы и троллейные линии (неизол.)
Цеховые сети выполняются в основном с глухо-заземленной
нейтралью
Шинопроводы получили широкое применение
Сечение нулевой шины составляет 1/4; 1/2; 3/4, либо такое же
сечение как основная шина
/2; 1/4 исп. для ШМА
Шинопроводы закрепляются на стенах, конструкциях
производственных цехов и сооружения на васоте 2,5, но не более 3,5-4 м.
Питание нестационарных (передвижных) ЭП осуществляется с
помощью либо троллейных линий, либо с помощью гибких кабелей.
Провода и кабели
Провода в сетях до 1000 В могут быть с резиновой изоляцией (в
настоящее время почти не выпускаются для стационарных проводок) и пластмассовой
ААБ - алюм. жила, алюм. оболочка, бронированный (стальная
лента поверх обол.) «Г» - отсутствие защитного покрова
АСБ - свинцовая оболочка
АШВ - шланговое исполнение оболочки
АВРГ В-поливинилхлоридная изоляция
Четырехжильные кабели выполняются до 240 мм2
Обозначение кабеля
ААБ - (3*185+1*150)
-10 кВ не более 6 кабелей в траншее
*ААБ - (3*185+1*150) - двухцепная линия
Сечение нулевой жилы в силовых кабелях должно быть не менее
половины сечения фазной.
) Выбор напряжения и рода тока в цеховых сетях.
Особенности применения напряжения 660 В в сетях промышленных предприятий
На пром. предприятиях на выбор рода тока влияет только тип
электропривода.
Причины преобладающего применения перем. тока при
распределении э/э:
1) источники. Практически все типы эл. ст.
вырабатывают ~ ток.
2) Большинство технологических операций, использующих
электропривода не требуют широкого регулирования скорости вращения.
) Производств, которые работают на пост. токе
относительно немного.
Напряжение
силовых установок
380/220 В
В (применяется в горной прмышленности и тех областях, где
сосредоточены мощные ЭП)
Напряжение ЭП пост. тока.
220,440 В.
Напряжение
компенсирующих устройств
380 В
Низковольтные батареи трехфазного исполнения
*Qку٨=QкуΔ
Напряжение
осветительных установок
220 В
В
Для стац. осветительных приборов:
В
В
Напряжение 660В применяется в горной промышленности, для
питания мощных ЭП
Преимущества 660В по сравнению с 380 В:
1. Большая пропускная способность (по току) при тех же
мощностях;
2. Двигатели, расч. на 660В при тех же габаритах имеют
большую мощность;
. Цеховые п/ст при U=660 В могут запитать большее количество ЭП
Недостатки 660В:
1. Повышенная опасность поражения эл. током;
2. Необходимость раздельного питания силовых и
осветительных сетей.