Расчёт электрических нагрузок локомотивного депо

Расчет нагрузок производится методом коэффициента максимума. Электроприемники разбиваются на характерные группы в зависимости от коэффициента использования. Коэффициент максимума определяется с помощью эффективного числа электроприемников.

Нагрузка от электрического освещения определяется предварительно методом удельной мощности на единицу площади. Целью расчёта является получение среднесменных расчётных нагрузок активных и реактивных, необходимых при выборе сечений высоковольтного кабеля, а также при расчете потерь и отклонения напряжения в сети депо.

1. Все электроприёмники подразделяются на 2 группы:

- с коэффициентом использования <0.6 – металлорежущие станки, краны, переносной электроинструмент

- с коэффициентом использования >0.6 – электропечи, шкафы сушильные, вентиляторы, компрессоры

Для приёмников 1-ой группы, определяются среднесменные активные и реактивные нагрузки, эффективное число электроприёмников, коэффициенты максимума для активной мощности и для реактивной. Затем определяются суммарные расчётные нагрузки.

2. Среднесменная активная мощность электроприёмников первой группы определяется по формуле:

, (1)

где - среднесменная активная мощность;

- количество электроприёмников;

- коэффициент использования электроприёмников первой группы.

,

,

,

Среднесменная активная мощность электроприёмников второй группы:

3. Среднесменная реактивная мощность электроприёмников первой группы определяется по формуле:

, (2)

где - среднесменная активная мощность;

- определяется по таблице.

Среднесменная реактивная мощность электроприёмников второй группы:

4. Суммарные среднесменные нагрузки для первой группы определяются по формуле:

Активные: (3)

Реактивные: (4)

Суммарные среднесменные нагрузки для второй группы:

Активная:

Реактивная:

5. Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования:

(5)

где - номинальная (установленная) мощность электроприемников первой группы.

Для второй группы определяется эффективное число электроприемников:

Коэффициенты использования К_и одного или группы приемников характеризуют использование активной мощности и представляют собой отношение средней активной мощности одного или группы Р_см приемников за наиболее нагруженную смену к номинальной мощности Р_ном:

. (6)

Для электроприемников одного режима работы значения индивидуального и группового К_и совпадают.

Для группы электроприемников с разными режимами работы групповой коэффициент использования:

(7)

Наименование	Ки
1 группа
Электропечи	0,6
Шкафы сушильные	0,6
Вентиляторы	0,6
Компрессоры	0,7
2 группа
Металлорежущие станки	0,13
Краны	0,05
Переносной электроинструмент	0,06

6. Эффективным (приведенным) числом электроприемников n_э, на­зывается такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает ту же величину расчетного максимума Р_тах, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

Для первой группы определяется эффективное число электроприемников:

(8)

7. Для электроприемников первой группы определяются расчётные нагрузки:

(9)

где - коэффициенты максимума для активной мощности (1,1-1,3), а для реактивнойприипри

8. Для электроприемников 2-ой группы определяются среднесменные активные и реактивные нагрузки, эффективное число электроприёмников, коэффициенты максимума для активной мощности и для реактивной. Затем определяются суммарные расчётные нагрузки. Расчётные нагрузки 2-ой группы равны среднесменным. Все расчёты выполняются аналогично предыдущим.

(10)

(11)

9. Приближенно находится мощность осветительных приёмников в цехе.

(12)

(13)

где - площадь цеха;

- 0,02 кВт/м²;

- зависит от типа ламп (для ламп ДРЛ принять 0,33)

10. Далее определяются суммарные среднесменные и расчётные нагрузки:

(14)

(15)

11. Суммарная расчётная мощность депо определяется по формуле:

(16)

12.Исходные данные и результаты расчётов заносятся в таблицу 1.

Таблица 1

№	Наименование	Количество	Мощность одного	Мощность общая	Ки	cosφ	tgφ	Pсм	Км	Рр		Qр	Sр
Ки<0,6
1	Краны	4	3	12	0.05	0.5	1.73	0.6
2	Металлорежущие станки	8	5	40	0.13	0.65	1.17	5.2
3	Переносной электроинструмент	1	0.5	0.5	0.06	0.5	1.73	0.03
Итого		13		52.5				5.83	1.3	7.579		7.89129
Ки>0,6
4	Вентиляторы	7	3	21	0.6	0.8	0.75	12.6
5	Компрессоры	7	60	420	0.7	0.85	0.62	294
6	Шкафы сушильные	7	15	105	0.6	1	0	63
7	Электрические печи	2	10	20	0.6	1	0	12
Итого		23		566				381.6	1	381.6	191.73
Всего по депо		36								429.419	212.9004			479.2987

13. На основе полученных данных о расчетной нагрузке необходимо определить центр месторасположения главной понижающей подстанции (ГПП) или трансформаторной подстанции (ТП).Проектирование системы электроснабжения предприятия предусматривает рациональное размещение на его территории заводской и цеховых подстанций. Для выбора места их размещения на генплан предприятия наносится картограмма нагрузок. Для каждого цеха силовые нагрузки до и выше 1 кВ изображаются отдельными кругами или секторами в круге. Осветительная нагрузка наносится в виде сектора круга, изображающего нагрузку до 1 кВ. Центр круга совпадает с центром нагрузок цеха, а площадь пропорциональна расчетной нагрузке.

Радиус круга определяется по формуле

(17)

где т – площадь цеха; Р_i – расчетная нагрузка соответствующего цеха. Координаты центра электрических нагрузок определяются по формулам

(18)

(19)

где х_i, у_i – координаты центра электрической нагрузки i-го цеха

14. Для выбора мощности трансформатора необходимо рассчитать пиковую нагрузку, возникающую при пуске самого мощного электродвигателя в депо. В нашем случае это двигатель компрессора мощностью 60кВт. Пиковый ток в данном случае представляет собой пусковой ток двигателя компрессора плюс расчётный ток всей остальной нагрузки.

(20)

где - наибольший пусковой ток двигателя компрессора;

- расчётный ток всей остальной нагрузки депо.

(21)

где - номинальный ток двигателя компрессора;

- пусковой коэффициент в нашем случае равен 5.

(22)

где - суммарная расчётная мощность депо.

(23)

где - номинальная мощность двигателя.

15. Предварительно мощность цехового(ых) трансформатора(ов) примем равной:

(24)

Тогда номинальный ток трансформатора найдём по формуле:

(25)

16. Предварительно примем напряжение короткого замыкания трансформатора равным 5,5%, тогда кратность тока К3 на стороне низкого напряжения трансформатора будет равна 100/5,5, т.е. 18,18. Тогда ток К3 на шинах 380 В найдём как:

(26)

17. Определим предварительное колебание напряжения dU1 по формуле:

(27)

Вывод: Предварительное колебание напряжения dU=7,0898910% не превышает допустимого значения (<10 %)

18. Расчет сечения кабелей распределительной сети локомотивного депо на напряжение выше 1000 В производится по экономической плотности тока, пользуясь выражением

(28)

где: I_Р – расчетный ток в линии; J – экономическая плотность тока, выбирается по ПУЭ.

Расчетным током кабеля для питания трансформатора цеховой подстанции является номинальный ток трансформатора независимо от его фактической загрузки. При выборе магистральной схемы электроснабжения за расчетный ток принимается ток, определяемый по номинальной мощности трансформаторов, присоединяемых к магистрали и других приемников на напряжение выше 1000 В.

19. В соответствии с ГОСТом необходимо сделать вывод о допустимости или недопустимости значения dU для условий локомотивного депо.

Исходя из расчётной мощности необходимо выбрать число и тип цеховых трансформаторов. Сначала необходимо выбрать тип трансформатора, а затем указать количество.

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов осуществляется на основании технико-экономических расчётов. Минимальное число источников питания определяется по категории надёжности потребителей цеха. Если в цехе преобладают электроприемники первой категории надежности, то питание должно осуществляться от двух источников с обязательным наличием АВР; если второй категории - 2 источника; третей категории, например, инструментальный цех, то возможен один источник. Поэтому в цехах первой категории применяются двух трансформаторные подстанции; второй – одно трансформаторные, но при условии резервного питания; третьей - однотрансформаторные. Источниками реактивной мощности на предприятии являются синхронные двигатели, конденсаторные батареи высоковольтные и низковольтные (причем низковольтные в 2 раза дороже). В цехах промышленных предприятий применяются стандартные трансформаторы 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. Мощность высоковольтных конденсаторных батарей ограничивается пропускной способностью трансформатора. Выбор стандартных конденсаторных батарей осуществляется округлением до ближайшей меньшей мощности, нужно стремиться к минимальному количеству стандартных компенсирующих устройств.

20. Определяется суммарная мощность требуемых компенсирующих устройств:

(29)

21. Определяется реактивная мощность, которая может быть передана через трансформатор(ы):

(30)

22. Суммарные капиталовложения в комплектную трансформаторную подстанцию (КТП) определяются в соответствии с оборудованием входящим в её состав:

1. Шкаф ввода, вывода напряжения (ШВВ). Наличие шкафа определяется схемой питания подстанции на заводе (при магистральной схеме он необходим, при радиальной нет). В шкафу установлен выключатель нагрузки, используемый в качестве коммутационного аппарата.

2. Трансформатор (Т). Внутри цеха можно применять сухие трансформаторы, но они дороже. Масляные трансформаторы применяются внутри цеха при условии беспрепятственной выкатки их наружу.

3. Распределительные устройства низкого напряжения. Обязательным элементом является шкаф ввода низкого напряжения (ШВН).

4. Шкафы отходящих линий (ШОЛ). Их применяют при наличии мощных приемников.

5. Секционный шкаф (ШНС). Он применяется для двух трансформаторных подстанций при питании потребителей 1-ой категории.

Суммарные капиталовложения в комплектную трансформаторную подстанцию (КТП) можно определить по формуле:

(31)

где - капитальные вложения на покупку трансформатора;

- капитальные вложения на покупку компенсирующих устройств;

- капитальные вложения на покупку распределительного устройтсва;

- капитальные вложения на покупку шкафов ввода вывода напряжения.

23. Выбор наилучшего варианта.

Для выбора наиболее выгодного варианта необходимо рассмотреть минимум 3 варианта с применением трансформаторов различной мощности и типа.

Наилучшим с экономической точки зрения считается вариант с наименьшими затратами. Варианты, отличающиеся меньшими, чем на 10% считаются равно экономическими. Среди равно экономических вариантов предпочтительней варианты с наилучшими техническими показателями: 2 трансформатора с компенсацией на низкой стороне; хуже - 1 трансформатор. Выбор типа трансформаторов производится с учетом условий их установки, охлаждения, температуры и состояния окружающей среды и т.п. Для цеховых трансформаторов могут быть применены масляные трансформаторы, сухие и сухие с литой изоляцией, заменяющие трансформаторы с негорючим заполнением. При этом для внутрицеховых подстанций рекомендуется преимущественно применять сухие трансформаторы, для встроенных и пристроенных подстанций – масляные.

Вывод:

Решение, основано исходя из трёх основных параметров: стоимость, колебания напряжения (менее 10%) и коэффициент загрузки (примерно 0,7-0,8).

1)2*ТСЗ 250/6-10/0,4-0,66 УЗ; К1=713 тыс. руб.; dU2:9.0618024%; Коэф. загр. 0.9585975

2)2*ТМЗ 250/6-10/0,4-0,66 УЗ; К2=357 тыс. руб.; dU2: 9.0618024%; Коэф. загр. 0.9585975

3)1*ТМЗ 630/6-10/0,4-0,66 УЗ К3=350 тыс. руб.; dU2: 7.1919067 %; Коэф. загр. 0.7607916

Рассмотрев 3 варианта трансформаторов различного типа и мощности, предпочтительней оказался вариант с трансформатором типа- 1*ТМЗ 630/6-10/0,4-0,66 УЗ который идеально соответствует трем параметрам:

1.самая низкая цена;

2.соответствующие колебания напряжения;

3.коэффициент загрузки.

Приложения

Вариант 1

Курсовая работа

Выполнил(a):

Арюткин Андрей Юрьевич

Исходные данные:

Металлорежущие станки: 8шт.Pn=5кВт \cos=0,65\tg=1,17\Ки=0,13

Краны: 4шт.Pn=3кВт \cos=0,5 \tg=1,73\Ки=0,05

Переносной электроинструмент:1шт.Pn=0,5кВт\cos=0,5 \tg=1,73\Ки=0,06

Электропечи: 2шт.Pn=10кВт \cos=1 \tg=0 \Ки=0,6

Шкафы сушильные: 7шт.Pn=15кВт \cos=1 \tg=0 \Ки=0,6

Вентиляторы: 7шт.Pn=3кВт \cos=0,8 \tg=0,75\Ки=0,6

Компрессоры: 7шт.Pn=60кВт \cos=0,85\tg=0,62\Ки=0,7

Площадь цеха:2012м.кв.

Расчёт:

Среднесменные активные нагрузки Pсмi=n*Pni*Киi :

где n-количество i-х ЭП

Металлорежущие станки :5,2кВт.

Краны :0,6кВт.

Переносной электроинструмент :0,03кВт.

Итого по второй группе Pсм2=5,83кВт.

Электропечи :12кВт.

Шкафы сушильные :63кВт.

Вентиляторы :12,6кВт.

Компрессоры :294кВт.

Итого по первой группе Pсм1=381,6кВт.

Среднесменные реактивные нагрузки Qсмi=Pсмi*tgфi :

Металлорежущие станки :6,084кВар.

Краны :1,038кВар.

Переносной электроинструмент :0,0519кВар.

Итого по второй группе Qсм2=7,1739кВар.

Электропечи :0кВар.

Шкафы сушильные :0кВар.

Вентиляторы :9,45кВар.

Компрессоры :182,28кВар.

Итого по первой группе Qсм1191,73кВар.

Коэффициент максимума для активной мощности Кма: 1,3

коэффициент максимума длч реактивной мощности Кмр:1,1

Расчётные активные нагрузки :

Общие для первой группы Pр1=Pсм1*Кма=381,6кВт.

Общие для второй группы Pр2=Pсм2 =7,579кВт.

Расчётные реактивные нагрузки :

Общие для первой группы Qр1=Qсм1*Кмр=191,73кВар.

Общие для второй группы Qр2=Qсм2 =7,89129кВар.

Мощность осветительных приёмников в цехе :

Pосв=Pуд*Fц=40,24кВт.

где Pуд=0,02кВт/м.кв. , Fц-площадь цеха .

Qосв=Pосв*tgф=13,2792кВар.

где tg=0,33 для ламп ДРЛ .

Расчётная активная мощность цеха Pрц=Pр1+Pр2+Pосв=429,419кВт.

Расчётная реактивная мощность цеха Qрц=Qр1+Qр2+Qосв=212,9004кВар.

Расчётная полная мощность цеха Sр=479,2987кВА.

Наибольший пусковой ток Iпускнаиб=523,911А.

Расчётный ток Iр=Sр/(1,73*380 В) =729,08237А.

Пиковый ток Iпик=Iпускнаиб+Iр=1252,9933А.

Предварительная мощность цехового тр-ра(ов) Sтрпр=Sр/0,75=639,06500кВА.

Номинальный ток тр-ра Iномтр=Sтрпр/(1,73*380 В)=972,10983А.

Ток КЗ на шинах 380 В Iкз=18,18*Iномтр=17672,956А.

Предварительное колебание напряжения dU1=Iпик/Iкз*100=7,0898910%.

Выбран трансформатор: 2*ТСЗ 250/6-10/0,4-0,66 УЗ

Коэффициент загрузки: 0,9585975.

Суммарная мощность требуемых КУ: 71,19222кВар.

Мощность, которая может быть передана через тр-р:212,90049кВар.

Выбраны КУ на ВH: 0*; на НН:0*

Колебание напряжения с учётом выбранного тр-ра dU2:9,0618024%.

Расчёт капиталовложений :

Стоимость трансформатора(ов): 490тыс.руб.

Стоимость КУ: 0тыс.руб.

Стоимость РУ: 130тыс.руб.

Стоимость шкафов ввода и вывода напряжения:93тыс.руб.

Капиталовложения в ТП: 713тыс.руб.

Вариант 2

Курсовая работа

Выполнил(a):

Арюткин Андрей Юрьевич

Исходные данные:

Металлорежущие станки: 8шт.Pn=5кВт \cos=0,65\tg=1,17\Ки=0,13

Краны: 4шт.Pn=3кВт \cos=0,5 \tg=1,73\Ки=0,05

Переносной электроинструмент:1шт.Pn=0,5кВт\cos=0,5 \tg=1,73\Ки=0,06

Электропечи: 2шт.Pn=10кВт \cos=1 \tg=0 \Ки=0,6

Шкафы сушильные: 7шт.Pn=15кВт \cos=1 \tg=0 \Ки=0,6

Вентиляторы: 7шт.Pn=3кВт \cos=0,8 \tg=0,75\Ки=0,6

Компрессоры: 7шт.Pn=60кВт \cos=0,85\tg=0,62\Ки=0,7

Площадь цеха:2012м.кв.

Расчёт:

Среднесменные активные нагрузки Pсмi=n*Pni*Киi :

где n-количество i-х ЭП

Металлорежущие станки :5,2кВт.

Краны :0,6кВт.

Переносной электроинструмент :0,03кВт.

Итого по второй группе Pсм2=5,83кВт.

Электропечи :12кВт.

Шкафы сушильные :63кВт.

Вентиляторы :12,6кВт.

Компрессоры :294кВт.

Итого по первой группе Pсм1=381,6кВт.

Среднесменные реактивные нагрузки Qсмi=Pсмi*tgфi :

Металлорежущие станки :6,084кВар.

Краны :1,038кВар.

Переносной электроинструмент :0,0519кВар.

Итого по второй группе Qсм2=7,1739кВар.

Электропечи :0кВар.

Шкафы сушильные :0кВар.

Вентиляторы :9,45кВар.

Компрессоры :182,28кВар.

Итого по первой группе Qсм1191,73кВар.

Коэффициент максимума для активной мощности Кма: 1,3

коэффициент максимума длч реактивной мощности Кмр:1,1

Расчётные активные нагрузки :

Общие для первой группы Pр1=Pсм1*Кма=381,6кВт.

Общие для второй группы Pр2=Pсм2 =7,579кВт.

Расчётные реактивные нагрузки :

Общие для первой группы Qр1=Qсм1*Кмр=191,73кВар.

Общие для второй группы Qр2=Qсм2 =7,89129кВар.

Мощность осветительных приёмников в цехе :

Pосв=Pуд*Fц=40,24кВт.

где Pуд=0,02кВт/м.кв. , Fц-площадь цеха .

Qосв=Pосв*tgф=13,2792кВар.

где tg=0,33 для ламп ДРЛ .

Расчётная активная мощность цеха Pрц=Pр1+Pр2+Pосв=429,419кВт.

Расчётная реактивная мощность цеха Qрц=Qр1+Qр2+Qосв=212,9004кВар.

Расчётная полная мощность цеха Sр=479,2987кВА.

Наибольший пусковой ток Iпускнаиб=523,911А.

Расчётный ток Iр=Sр/(1,73*380 В) =729,08237А.

Пиковый ток Iпик=Iпускнаиб+Iр=1252,9933А.

Предварительная мощность цехового тр-ра(ов) Sтрпр=Sр/0,75=639,06500кВА.

Номинальный ток тр-ра Iномтр=Sтрпр/(1,73*380 В)=972,10983А.

Ток КЗ на шинах 380 В Iкз=18,18*Iномтр=17672,956А.

Предварительное колебание напряжения dU1=Iпик/Iкз*100=7,0898910%.

Выбран трансформатор: 2*ТМЗ 250/6-10/0,4-0,66 УЗ

Коэффициент загрузки: 0,9585975.

Суммарная мощность требуемых КУ: 71,19222кВар.

Мощность, которая может быть передана через тр-р:212,90049кВар.

Выбраны КУ на ВH: 0*; на НН:0*

Колебание напряжения с учётом выбранного тр-ра dU2:9,0618024%.

Расчёт капиталовложений :

Стоимость трансформатора(ов): 134тыс.руб.

Стоимость КУ: 0тыс.руб.

Стоимость РУ: 130тыс.руб.

Стоимость шкафов ввода и вывода напряжения:93тыс.руб.

Капиталовложения в ТП: 357тыс.руб.

Вариант 3

Курсовая работа

Выполнил(a):

Арюткин Андрей Юрьевич

Исходные данные:

Металлорежущие станки: 8шт.Pn=5кВт \cos=0,65\tg=1,17\Ки=0,13

Краны: 4шт.Pn=3кВт \cos=0,5 \tg=1,73\Ки=0,05

Переносной электроинструмент:1шт.Pn=0,5кВт\cos=0,5 \tg=1,73\Ки=0,06

Электропечи: 2шт.Pn=10кВт \cos=1 \tg=0 \Ки=0,6

Шкафы сушильные: 7шт.Pn=15кВт \cos=1 \tg=0 \Ки=0,6

Вентиляторы: 7шт.Pn=3кВт \cos=0,8 \tg=0,75\Ки=0,6

Компрессоры: 7шт.Pn=60кВт \cos=0,85\tg=0,62\Ки=0,7

Площадь цеха:2012м.кв.

Расчёт:

Среднесменные активные нагрузки Pсмi=n*Pni*Киi :

где n-количество i-х ЭП

Металлорежущие станки :5,2кВт.

Краны :0,6кВт.

Переносной электроинструмент :0,03кВт.

Итого по второй группе Pсм2=5,83кВт.

Электропечи :12кВт.

Шкафы сушильные :63кВт.

Вентиляторы :12,6кВт.

Компрессоры :294кВт.

Итого по первой группе Pсм1=381,6кВт.

Среднесменные реактивные нагрузки Qсмi=Pсмi*tgфi :

Металлорежущие станки :6,084кВар.

Краны :1,038кВар.

Переносной электроинструмент :0,0519кВар.

Итого по второй группе Qсм2=7,1739кВар.

Электропечи :0кВар.

Шкафы сушильные :0кВар.

Вентиляторы :9,45кВар.

Компрессоры :182,28кВар.

Итого по первой группе Qсм1191,73кВар.

Коэффициент максимума для активной мощности Кма: 1,3

коэффициент максимума длч реактивной мощности Кмр:1,1

Расчётные активные нагрузки :

Общие для первой группы Pр1=Pсм1*Кма=381,6кВт.

Общие для второй группы Pр2=Pсм2 =7,579кВт.

Расчётные реактивные нагрузки :

Общие для первой группы Qр1=Qсм1*Кмр=191,73кВар.

Общие для второй группы Qр2=Qсм2 =7,89129кВар.

Мощность осветительных приёмников в цехе :

Pосв=Pуд*Fц=40,24кВт.

где Pуд=0,02кВт/м.кв. , Fц-площадь цеха .

Qосв=Pосв*tgф=13,2792кВар.

где tg=0,33 для ламп ДРЛ .

Расчётная активная мощность цеха Pрц=Pр1+Pр2+Pосв=429,419кВт.

Расчётная реактивная мощность цеха Qрц=Qр1+Qр2+Qосв=212,9004кВар.

Расчётная полная мощность цеха Sр=479,2987кВА.

Наибольший пусковой ток Iпускнаиб=523,911А.

Расчётный ток Iр=Sр/(1,73*380 В) =729,08237А.

Пиковый ток Iпик=Iпускнаиб+Iр=1252,9933А.

Предварительная мощность цехового тр-ра(ов) Sтрпр=Sр/0,75=639,06500кВА.

Номинальный ток тр-ра Iномтр=Sтрпр/(1,73*380 В)=972,10983А.

Ток КЗ на шинах 380 В Iкз=18,18*Iномтр=17672,956А.

Предварительное колебание напряжения dU1=Iпик/Iкз*100=7,0898910%.

Выбран трансформатор: 1*ТМЗ 630/6-10/0,4-0,66 УЗ

Коэффициент загрузки: 0,7607916.

Суммарная мощность требуемых КУ: 71,19222кВар.

Мощность, которая может быть передана через тр-р:212,90049кВар.

Выбраны КУ на ВH: 0*; на НН:0*

Колебание напряжения с учётом выбранного тр-ра dU2:7,1919067%.

Расчёт капиталовложений :

Стоимость трансформатора(ов): 127тыс.руб.

Стоимость КУ: 0тыс.руб.

Стоимость РУ: 130тыс.руб.

Стоимость шкафов ввода и вывода напряжения:93тыс.руб.

Капиталовложения в ТП: 350тыс.руб.