1. Определение расчётных электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок цехов является главным этапом при проектировании промышленной электрической сети.

При выполнении ВКР расчётные нагрузки определяются по номинальной мощности и коэффициенту спроса с учётом осветительной нагрузки, коэффициента разновременности максимумов и потерь в элементах системы электроснабжения.

Расчетные электрические нагрузки системы электроснабжения (СЭС) определяются для всех узлов питания потребителей электроэнергии. При этом отдельно рассматриваются сети напряжением до и выше 1 кВ.

Рисунок 3 - Фрагмент схемы электроснабжения

2.1 Расчёт нагрузки освещения территории завода

Мощность, требуемую на освещение территории завода, найдём через площадь территории завода, не занятую зданиями:

(1)

где – площадь территории завода, не занятая зданиями, – вся площадь территории завода ((16,77×16,89)×127,12² (127,12 - масштабный коэффициент)), – суммарная площадь цехов (подразделений) завода, .

– расчётные реактивная и активные мощности:

(2)

где – расчётная активная мощность осветительной нагрузки территории завода, кВт; удельная плотность осветительной нагрузки на 1 м² полной площади территории завода, Вт/м² (справочная величина взята из [4 стр. 18]); коэффициент спроса осветительных нагрузок территории завода, о.е (справочная величина взята из [5 стр. 35]).

(3)

где – расчётная реактивная мощность осветительной нагрузки территории завода, кВт; tg_о.тер = 0,48 (для освещения территории завода используются светодиодные светильники для уличного освещения, модели - ДКУ 1012-200Ш 200Вт (производства IEK) - с cos = 0,9; tg = 0,48).

2.2 Расчётные нагрузки цехов

В исходных данных на проектирование не предоставлены характеристики индивидуальных электроприёмников цехов, поэтому расчет нагрузок производится начиная со второго уровня, шины 0,4 кВ (рисунок 3, точка 2)

В этом узле расчётная нагрузка (силовая нагрузка) определяется по номинальной мощности потребителя, по методу коэффициента спроса.

(4)

(5)

где – активная расчетная мощность нагрузки цеха, кВт; – коэффициент спроса по цеху (справочная величина), о.е.; – суммарная мощность электроприёмников, подключённых к данному узлу нагрузки, кВт; – реактивная расчетная мощность нагрузки цеха, кВАр; – соответствует средневзвешенному значению приёмников узла нагрузки, о.е.

Также, при расчёте нагрузок цехов необходимо учесть нагрузку искусственного освещения. Эта нагрузка как правило определяется по удельной плотности  Вт/м² площади цеха или территории предприятия (справочная величина).

Нагрузка искусственного освещения определяется по следующим расчетным формулам:

(6)

(7)

где – расчётная активная мощность осветительной нагрузки данного цеха (подразделения), кВт;  – удельная плотность осветительной нагрузки на 1 м²

полной площади данного цеха (подразделения), Вт/м²; F_ц – площадь данного цеха (подразделения), м²; К_с.о – коэффициент спроса осветительных нагрузок данного

цеха (подразделения), о.е (справочная величина); – расчетная реактивная мощность осветительной нагрузки (при применении разрядных источников света), кВАр; – соответствует осветительной нагрузки, о.е (паспортные данные используемого осветительного оборудования).

Таким образом, расчетные значения нагрузок цеха (рисунок 3, точка 2) определяются по следующим выражениям:

(8)

(9)

где и – расчетные значения активной и реактивной мощностей цеха, кВт и кВАр.

Полная мощность цеха (подразделения), рассчитывается по формуле:

(10)

Нагрузки на стороне высшего напряжения цеховой подстанции

Расчетные значения нагрузок на стороне высшего напряжения трансформаторов цеховых подстанций определяем по расчетным нагрузкам на шинах низшего напряжения данной подстанции (рисунок 3, точка 2) с учётом потерь в питающих трансформаторах [6].

Так как тип и мощность силового трансформатора еще не выбраны, можно принимать, что потери в трансформаторе равны:

(11) (12)

где и – потери активной и реактивной мощностей, в цеховом трансформаторе, кВт и кВАр.

Таким образом, расчётные нагрузки на стороне высшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций определяются по следующим выражениям:

– расчётные реактивная и активные мощности:

(13)

(14)

где и – расчётные значения активной и реактивной мощностей, потребляемых цехом на стороне высшего напряжения, кВт и кВАр;

– расчётные полная мощность:

(15)

где – расчётное значение полной мощности, потребляемой цехом на

стороне высшего напряжения, кВ∙А.

Высоковольтные нагрузки цеха

Расчетные нагрузки высоковольтных электроприёмников цеха:

– расчётные реактивная и активные мощности:

(16)

(17)

где и – расчётные значения активной и реактивной мощностей, высоковольтной цеховой нагрузки, кВт и кВАр; – коэффициент спроса высоковольтной нагрузки, о.е.; – коэффициент реактивной мощности, о.е.

– расчётные полная мощность:

(18)

где – расчётное значение полной мощности, высоковольтной цеховой нагрузки, кВ∙А.

Рассмотрим вышеперечисленные расчеты, на примере цеха на плане № – 10 (Компрессорная).

Исходные данные

На шинах ТП напряжением 0,4 кВ:

Р_{н.ц 0,4} = 2 200 кВт; cos φ_н = 0,8; tg _н = 0,75; К_c = 0,75;  = 15 Вт/м²; F_ц = 39 812,91 м² ((0,97×2,54)×127,12² (масштабный коэффициент)); К_с.о = 0,95 (данные по К_с, cos и tg из [7 стр. 9], по  и К_с.о из [5 стр. 35]).

На шинах ТП напряжением 6 кВ:

Р_{н.ц 6} = 4 200 кВт; cos φ_н = 0,8; tg _н = 0,75; К_c = 0,75.

Расчёт электрических нагрузок

Расчёт нагрузок 0,4 кВ (формулы (4)-(10)):

– расчётные мощности силовой нагрузки:

– расчётные мощности осветительной нагрузки:

Поскольку высота цеха превышает 6 метров, то в качестве источников света используем светодиодные светильники для промышленности, модели - ДСП 5003 200Вт (производства IEK) с = 0,9; = 0,48. (В остальных случаях (при более низких потолках) применяем светодиодные панели (ДВО 6567-P 36Вт) (производства IEK) с = 0,9; = 0,32).

Суммарная нагрузка на 0,4 кВ (рисунок 3, точка 2):

– расчётные мощности:

Расчёт нагрузок на стороне 6 кВ ТП (формулы (11)-(15)):

Потери в силовом трансформаторе:

Расчётные цеховые низковольтные нагрузки на стороне 6 кВ цеховой ТП:

– расчётные мощности:

Расчетные нагрузки высоковольтных (6 кВ) электроприёмников цеха (формулы (16)-(18)):

– расчётные мощности:

Для удобства результаты расчетов остальных цехов (подразделений) завода представлены в таблицах 3, 4 и 5.

В таблице 4 нагрузка 6 кВ представлена отдельно, так как у 6 кВ потребителей отсутствует нагрузка на освещение.

Таблица 3 – Расчёт электрических нагрузок подразделений завода

№ на плане	Подразделение завода	Кс	cos	tgφ	Р`р.ц,	Q`р.ц, кВАр	S`р.ц, кВА
Электроприёмники напряжением 0,4 кВ
1	Административный корпус	0,65	0,80	0,75	4902,26	1761,92	5209,27
2	Блок цехов № 1	0,40	0,75	0,88	8142,32	4710,86	9406,89
3	Блок цехов № 2	0,45	0,75	0,88	5628,32	3432,64	6592,49
4	Блок цехов № 3	0,40	0,75	0,88	6565,87	3895,67	7634,58
5	Блок цехов № 4	0,50	0,75	0,88	4649,41	3017,18	5542,60
6	Склад металла	0,40	0,60	1,33	301,94	209,75	367,64
7	Склад масел, химикатов, брикетов	0,53	0,60	1,33	308,54	218,55	378,10
8	Пожарное депо	0,75	0,65	1,17	655,41	524,28	839,30
9	Кузнечный цех	0,50	0,75	0,88	4632,42	2939,37	5486,27
10	Компрессорная	0,75	0,80	0,75	2217,33	1512,27	2683,94
11	Газогенераторная	0,75	0,80	0,75	1724,24	1139,96	2067,01
12	Насосная	0,75	0,85	0,62	2179,72	1284,21	2529,90
13	Ремонтно-механический цех	0,40	0,65	1,17	477,08	422,81	637,48
14	Электроцех	0,50	0,70	1,02	1194,75	967,16	1537,14
15	Испытательный цех (ЦЗЛ)	0,40	0,80	0,75	744,50	328,97	813,94
16	Столовая	0,40	0,65	1,17	791,24	350,84	865,53
17	Цех обжига	0,50	0,75	0,88	1374,47	993,70	1696,05
18	Медпункт	0,30	0,80	0,75	300,13	110,02	319,66
19	Проходная	0,80	0,85	0,62	190,84	65,06	201,63
20	Магазин	0,30	0,80	0,75	255,56	95,37	272,77
	Итого по 0,4 кВ	-	-	-	47236,33	27980,59	54901,59
Электроприёмники напряжением 6 кВ
10	Компрессорная	0,75	0,8	0,75	3150,00	2362,50	3937,50
12	Насосная	0,75	0,85	0,62	1725,00	1293,75	3018,75
	Итого по 6 и 0,4 кВ	-	-	-	52111,33	31636,84	61857,84

(данные по К_с, cos и tg из [7 стр. 9]).

Таблица 4 – Расчёт осветительной нагрузки подразделений завода

№ на плане	Подразделение завода	Кс.o	cosн.о	tgφ н.о	 , Вт/м2	Рр.о,	Qр.о, кВАр
1	Административный корпус	0,90	0,95	0,33	20	4544,76	1493,79
2	Блок цехов № 1	0,95	0,90	0,48	16	6212,32	3008,76
3	Блок цехов № 2	0,95	0,90	0,48	16	3850,82	1865,04
4	Блок цехов № 3	0,95	0,90	0,48	16	4765,87	2308,22
5	Блок цехов № 4	0,95	0,90	0,48	16	2724,41	1319,49
6	Склад металла	0,60	0,95	0,33	17	191,94	63,09
7	Склад масел, химикатов, брикетов	0,60	0,95	0,33	17	191,94	63,09
8	Пожарное депо	0,90	0,95	0,33	17	287,91	94,63
9	Кузнечный цех	0,95	0,90	0,48	17	2882,42	1396,02
10	Компрессорная	0,95	0,90	0,48	15	567,33	274,77
11	Газогенераторная	0,95	0,90	0,48	17	576,74	279,33
12	Насосная	0,95	0,90	0,48	15	492,22	238,39
13	Ремонтно-механический цех	0,95	0,90	0,48	17	197,08	95,45
14	Электроцех	0,95	0,90	0,48	17	469,75	227,51
15	Испытательный цех (ЦЗЛ)	1,00	0,95	0,33	27	544,50	178,97
16	Столовая	0,90	0,95	0,33	20	683,24	224,57
17	Цех обжига	0,95	0,90	0,48	15	549,47	266,12
18	Медпункт	0,80	0,95	0,33	20	273,13	89,77
19	Проходная	0,80	0,95	0,33	16	182,84	60,10
20	Магазин	1,00	0,95	0,33	16	228,56	75,12
21	Освещение территории завода	1	0,9	0,48	0.16	422,57	204,66

(данные по  и К_с.о из [5 стр. 35]), по и из паспортных данных используемых осветительных приборов: ДКУ 1012-200Ш 200Вт, ДСП 5003 200Вт, ДВО 6567-P 36Вт).

Таблица 5 – Расчёт электрических нагрузок подразделений завода, на стороне высшего напряжения цеховой подстанции, с учётом потерь в трансформаторе

№ на плане	Подразделение завода		кВAp	, кВт	, кВAp	кВA
1	Административный корпус	104,19	520,93	5006,45	2282,84	5502,35
2	Блок цехов № 1	188,14	940,69	8330,46	5651,55	10066,61
3	Блок цехов № 2	131,85	659,25	5760,17	4091,89	7065,63
4	Блок цехов № 3	152,69	763,46	6718,56	4659,13	8175,97
5	Блок цехов № 4	110,85	554,26	4760,26	3571,44	5951,07
6	Склад металла	7,35	36,76	309,29	246,52	395,51

Окончание таблицы 5

7	Склад масел, химикатов, брикетов	7,56	37,81	316,10	256,36	406,99
8	Пожарное депо	16,79	83,93	672,19	608,22	906,51
9	Кузнечный цех	109,73	548,63	4742,14	3488,00	5886,77
10	Компрессорная	53,68	268,39	2271,01	1780,67	2885,87
11	Газогенераторная	41,34	206,70	1765,58	1346,66	2220,53
12	Насосная	50,60	252,99	2230,32	1537,20	2708,75
13	Ремонтно-механический цех	12,75	63,75	489,83	486,56	690,42
14	Электроцех	30,74	153,71	1225,49	1120,87	1660,78
15	Испытательный цех (ЦЗЛ)	16,28	81,39	760,78	410,36	864,40
16	Столовая	17,31	86,55	808,55	437,39	919,27
17	Цех обжига	33,92	169,61	1408,39	1163,31	1826,70
18	Медпункт	6,39	31,97	306,52	141,99	337,81
19	Проходная	4,03	0,95	194,88	85,22	212,69
20	Магазин	5,46	0,95	261,01	122,65	288,39
	Итого по 0,4 кВ	47236,33	27980,59	48337,98	33488,82	58973,03