Компенсация реактивной мощности

23





Содержание



1. Компенсация реактивной мощности

Выбор силовых трансформаторов

2. Выбор сечения проводов, кабелей и шин

Выбор кабелей

Выбор шин

3. Выбор защитных аппаратов

Выбор предохранителей

Выбор предохранителей

Выбор автоматов

4. Расчет токов КЗ

Расчет токов трехфазного КЗ

Расчет токов однофазного КЗ

5. Расчет защитного заземления

6. Построение графиков нагрузки




1. Компенсация реактивной мощности



Наибольшими потребителями реактивной мощности являются:

асинхронные двигатели;

сварочные и силовые трансформаторы;

индукционные печи;

газоразрядные лампы.

Снижение потребления реактивной мощности осуществляется двумя способами:

естественный способ;

искусственный способ.

Естественный путь включает в себя:

замену электродвигателей, работающих с недогрузкой или перегрузкой на электродвигатели меньшей или большей мощности;

понижение напряжения у малозагруженных электродвигателей;

ограничение холостого хода работающих электродвигателей;

правильный выбор электродвигателей по типу и мощности;

повышение качества ремонта двигателей;

отключение малозагруженных силовых трансформаторов с переводом нагрузки на другой трансформатор.

Так как коэффициент реактивной мощности в нашей работе превышает нормативный, делаем вывод о необходимости компенсации реактивной мощности.

Снижение потребления реактивной мощности не всегда возможно естественным методом. Поэтому в дополнение к нему применяют и искусственный метод, в том числе устанавливают конденсаторные установки. Компенсация реактивной мощности - это приближение источника реактивной мощности к потребителю.

Определяем мощность компенсирующей установки по формуле:


Qку = Рс (tgср - tgэ), (1.1)



где Рс - средняя активная мощность, кВт;

tgср - средний расчетный коэффициент реактивной мощности;

tgэ - эффективный коэффициент реактивной мощности, = 0,33.



Qку = 268,4 (1,36 - 0,33) = 276,04 кВар



Выбираем тип батареи - 2ККУ - 0,38 - 160.



Проверка tg = :

	tg =  = 0,19  0,33

	

Проверка сошлась, батареи подходят.



Выбор силовых трансформаторов



На действующих предприятиях при наличии суточного графика потребителей номинальную мощность трансформатора следует выбирать не по максимальной нагрузке потребителя, а по величине средней мощности в наиболее загруженной смене из характерных суток. Если мощность трансформатора выбирать по максимальной нагрузке в потребителях, то в периоды средних, а тем более минимальных нагрузок трансформатор будет не догружен, а следовательно его номинальная мощность будет завышена.

Следует учесть, что оптимальная нагрузка трансформатора должна составлять 65 - 70% от его номинальной мощности.

Определяем полную мощность цеха с учетом компенсации по формуле:


Smax = , (1.1)



где Рр - расчетная активная мощность по цеху, кВт;

Qр - расчетная реактивная мощность по цеху, кВар;

Qку - полная номинальная мощность компенсирующих устройств.



Smax =  =  = 306,24 кВа



Так как имеются потребители первой категории, намечаем число трансформаторов - 2.

Определяем мощность на трансформаторной подстанции по формуле:



Кзг = , (1.2)



где Рср - средняя активная мощность по цеху,%, Рср = 10;

Рmax - максимальная активная мощность по цеху,%;

tmax = 24 ч.

Коэффициент допустимой перегрузки трансформатора (Кдп) - 1,01 (1,1).

Номинальная мощность трансформатора:



Sном =  =  = 303,2 кВа

Sном =  = 278,4 кВа



Выбираем трансформаторы по справочнику - 2  ТМ - 160/ 10.




2. Выбор сечения проводов, кабелей и шин



Выбор кабелей



Сечение проводов и жил кабелей должно выбираться в зависимости от ряда факторов. Эти факторы разделяются на технические и экономические.

Технические факторы:

нагрев от длительного выделения тепла рабочим током;

нагрев от кратковременного выделения тепла током КЗ;

потери напряжения в жилах кабеля или проводах, воздушные линии от проходящего по ним тока в нормальном или аварийном режимах.

Кабель - это готовое заводское изделие, состоящее из изолированных токоведущих жил, заключенных в защитную герметичную оболочку, которая может быть защищена от механических повреждений.

Изоляция жил выполняется из кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом резины поливинилхлорида и полиэтилена.

Определяем расчетный ток для каждого электропривода по формуле:



Iрасч = , (2.1.1)



где Рном - номинальная мощность электроприемника, кВт;

Uн - номинальное напряжение приемника, кВ;

cos - коэффициент мощности.

Станки строгальные Рном = 120 кВт.



Iрасч =  = 433,5 А



Кран консольный Рном = 56 кВт.

Iрасч =  = 161,8 А



Обдирочные станки Рном = 125 кВт.



Iрасч =  = 277,9 А

Вентиляторы Рном = 22 кВт.

Iрасч =  = 39,7 А

Колорифер Рном = 80 кВт.

Iрасч =  = 136 А



По расчетному току определяем допустимый ток по формуле:



Iдоп = , (2.1.2)



где К1 - коэффициент, зависящий от числа рядом работающих кабелей;

К2 - коэффициент, учитывающий влияние температуры окружающей среды (22).

По справочнику 3 К1 = 1, К2 = 1,04.



Станки строгальные: Iдоп =  = 416,8 А

Кран консольный: Iдоп =  = 155,5 А

Обдирочные станки: Iдоп =  = 267,2 А

Вентиляторы: Iдоп =  = 38,17 А

Калорифер: Iдоп =  = 130,7 А



Результаты заносим в таблицу.

Выбор кабелей



Таблица 2.1.1

Наименование электроприемника

Iрасч

К1/К2

Iдоп

Марка

L, м

Станок строгальный

433,5

1/1,04

416,8

2АВВГ (495) 

-

Кран консольный

161,8

1/1,04

155,5

АВВГ (450) 

270











210











120

Обдирочные станки

277,9

1/1,04

267,2

АВВГ (4120) 

180

Вентиляторы

39,7

1/1,04

38,17

АВВГ (410) 

30

Калорифер

136,0

1/1,04

130,7

АВВГ (435) 

30



Выбор шин



Для надежного и бесперебойного питания потребителей электроэнергией выбирают магистральную схему, выложенную алюминиевыми шинами, проложенными по изоляторам, прикрепленным к колоннам цеха.



Выбор шин



Таблица 2.2.1

ШМА

Iрасч

Iдоп

h  b, мм

L, м

1

1831,3

2180

608



2

1531,8

1720

606





ШМА 1: Iрасч =  =  = 1831,3 А

Iдоп =  =  = 1760,8 А

ШМА 2: Iрасч =  = 1531,8 А

Iдоп =  = 1472,8 А




3. Выбор защитных аппаратов



При эксплуатации электрических сетей длительные перегрузки проводов и кабелей, а также коротких замыканиях вызывает повышение температуры токоведущих жил. Это приводит к преждевременному износу их изоляции, вследствие чего может произойти пожар, а также поражение людей электрическим током.

Для предохранения от чрезмерного нагрева проводов и кабелей применяют плавкие предохранители, автоматические выключатели и тепловое реле, встроенное в пускатели.



Выбор предохранителей



Определяем номинальный ток для каждого потребителя по формуле:



Iном = , (3.1.1)



Кран консольный Рном = 56 кВт.



Iном =  = 161,8 А



Вентиляторы Рном = 22 кВт.



Iном =  = 39,7 А



Колорифер Рном = 80 кВт.



Iном =  = 136 А



Определяем пусковой ток по формуле:



Iпуск = Кп  Iном, (3.1.2)



где Кп - кратность пускового тока = (5).



Кран консольный: Iпуск = 5  161,8 = 809,0 А

Вентиляторы: Iпуск = 5  39,7 = 198,5 А

Калорифер: Iпуск = 5  136,0 = 680,0 А



Производим расчет тока плавкой вставки предохранителя по формуле:



Iпл. вст. = , (3.1.3)



где К - коэффициент снижения пускового тока, который при

легком пуске равен 2,5, при тяжелом - 1,6 или 2.



Кран консольный: Iпл. вст. =  = 404,5 А

Вентиляторы: Iпл. вст. =  = 79,4 А

Калорифер: Iпл. вст. =  = 272,0 А



По результатам расчетов выбираем предохранители и результаты сводим в таблицу.


Выбор предохранителей



Таблица 3.1.1

Наименование ЭП

Iном

Iпуск

Iпл. вст. 

К

Тип предохранителя

Краны консольно-поворотные

FU3 FU4 FU5

161,8

809,0

404,5

2

ПР - 2 - 600 - 450

Вентиляторы

FU2 FU7 FU12 FU15

39,7

198,5

79,4

2,5

ПР - 2 - 100 - 80

Калориферы

FU10 FU17

136,0

680,0

272,0

2,5

ПН - 2 - 400 - 300



Выбор автоматов



Автоматические выключатели обеспечивают быструю и надежную защиту проводов и кабелей от КЗ и перегрузок. Разделяются на регулируемые и нерегулируемые.

У нерегулируемых выключателей отсутствуют приспособления для регулирования установки расцепителя в процессе монтажа и эксплуатации.

У регулируемых выключателей установки расцепителей регулируют воздействие на механическую систему автомата или на специальное устройство, изменяющее время срабатывания автомата.



Выбор автоматических выключателей



Таблица 3.2.1

Наименование

Iпуск

Iпик

Iэр

Тип автоматических выключателей

QF1



3877,2

4846,5

А 3730Ф - 630 - 5000

QF10



3663,8

4579,75

А 3730Ф - 630 - 5000

QF2,3,4,6,7,9

2167,5



2709,37

А 3730Ф - 630 - 3200

QF5,8

1389,5



1736,87

А 3730Ф - 630 - 2500

QF12





5331,15

А 3730Ф - 630 - 6300

QF13





5037,72

А 3730Ф - 630 - 6300



Наибольший ток потребителя на шине у строгальных станков = 433,5 А.

Пиковый ток рассчитывается по формуле:



Iпик =  +  (3.2.1)



Для QF1:



Iпик = 433,5  5 + 161,8  3 + 433,5  2 + 39,7  2 + 277,9 = 3877,2 А

Iэр = 1,25  3877,2 = 4846,5 А



Для QF10:

Iпик = 433,5  5 + 136  2 + 39,7  2 + 433,5  2 + 277,9 = 3663,8 А

Iэр = 1,25  3663,8 = 4579,75 А

Для QF2,3,4,6,7,9:

Iпуск = 433,5  5 = 2167,5 А

Iэр = 1,25  2167,5 = 2709,37 А

Для QF5,8:

Iпуск = 277,9  5 = 1389,5 А

Iэр = 1,25  1389,5 = 1736,87 А

Для QF12:

Iэр = QF1 + 10% = 4846,5 + 10% = 5331,15 А

Для QF13:

Iэр = QF10 + 10% = 4579,75 + 10% = 5037,72 А




4. Расчет токов КЗ



При расчете токов КЗ в сетях напряжением ниже 1кВ необходимо учитывать индуктивные и активные сопротивления. В таких сетях особенно выполненных в кабельных линиях или проводами в трубах активные сопротивления значительно превышают индуктивные.



Составляем расчетную схему:



           ТМ 160/10

              

		QF12         I = 630А







		QF1           I = 630А

		ШМА        608	L = 

		АВВГ - 495	 

		QF4            I = 630А

		

		Станок строгальный (433,5А)




Составляем схему замещения:



			Хтр = 41,7

			rтр = 16,6

			Хав12 = 0,13

			rав12 =11,12 

			Хав1 = 0,13

			rав1 =11,12 



			Хош  = 0,014

			rош = 0,03

			Хок = 0,329

			rок =0,081 

			Хав4 = 0,13

			rав4 = 11,12

 





Расчет токов трехфазного КЗ



При равенстве сопротивлений во всех трех фазах значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ определяется по формуле:



 = I  = I = , (4.1.1)


где r и х - активное и индуктивное сопротивление цепи.



r = rтр + rа + rа + (rош  Lш) + (rок  Ln) + rа = 16,6 + 11,12 + 11,12 + (0,03  60) + (0,081  5) + 11,12 = 16,6 + 11,12 + 11,12 + 1,8 + 0,405 + 11,12 = 52,165 Ом

х = Хтр + Ха + Ха+ (Хош  Lш) + (Хок  Lк) + Ха = 41,7 + 0,13 + 0,13 + (0,014  60) + (0,329  5) + 0,13 = 41,7 + 0,13 + 0,13 + 0,84 + 1,645 + 0,13 = 44,575 Ом

 = I  = I =  =  =  =  = 4,36 кА



Определяем ударный ток КЗ по формуле:



Iуд = Ку, (9.1.2)



где Ку - ударный коэффициент;

 - ток трехфазного КЗ.



Ку =  =  = 1,17 (Ку = 1,2)

Iуд = 1,2   4,36 = 7,4 А



Определяем действующее значение полного тока КЗ по приближенной формуле:



Ig =   (4.1.3)

Ig =   = 1,08  4,36 = 4,7 кА



Определяем мощность КЗ по формуле:



Sк =  Un   (4.1.4)

Sк =   400  4,36 = 3017,12 кВА



Расчет токов однофазного КЗ



В сетях с глухозаземленной нейтралью появление напряжения на корпусе может привести к несчастному случаю, если не сработает защита.

Для надежности срабатывания защиты производят проверку плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматов на ток однофазного КЗ. Для надежного срабатывания защитных аппаратов возможно короткое время ПУЭ требуют, чтобы Iкз  3Iпл. вст.

Iкз  1,4Iэр - для автоматов с номинальным током до 100 А.

Iкз  1,25 Iэр - для автоматов с номинальным током более 100 А.

Определяем ток однофазного КЗ по формуле:



Iкз = , (4.2.1)



где Uф - фазное напряжение (220В);

Zn - полное сопротивление цепи без учета сопротивления

трансформатора;

Zтр - полное сопротивление трансформатора току КЗ.



Zn =  (4.2.2)

r = rа + rа + (rшо  Lш) + (rко + Lк) + rа (4.2.3)

Zтр =  (4.2.4)

r = 11,12 + 11,12 + (0,03  60) + (0,081  5) + 11,12 = 35,56 Ом

х = 0,13 + 0,13 + (0,014  60) + (0,329  5) + 0,13 = 2,775 Ом

Zn =  =  =  = 35,67 Ом

Zтр =  =  = 44,88 Ом

Iкз =  =  =  = 4,345 кА

4,345 кА  1,25  3,2

4,345 кА  4кА



Таким образом, проверяя автомат на надежность срабатывания QF4, делаем вывод, что данные аппаратов защиты проверку проходят и могут защищать электроприемник при КЗ.




5. Расчет защитного заземления



Защитным заземлением называется преднамеренное соединение металлических частей электроустановок нормально не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под ним вследствие нарушения изоляции электроустановки с заземляющим устройством. Чтобы рассчитать - нужно определить число заземлителей и способ их размещения. Определяем сопротивление грунта по формуле:



Рр = Ризм , (5.1)



где Ризм - измеренное сопротивление грунта = 100 Ом/м;  - коэффициент повышения сопротивления грунта = 1,5.



Рр = 100  1,5 = 150 Ом/м



Определяем сопротивление одиночного заземлителя:



Rо = 0,34  Рр = 51 Ом/м



Выбираем электрод из угловой стали 50  50  5 и длиной 2,5 м.

Определяем количество заземлителей по формуле:



n = , (5.2)



где Rдоп - допустимое сопротивление контуров заземлений, зависящее от режима работы нейтрали (Rдоп  4 Ом);  - коэффициент экранирования = 0,44.


n =  = 29 шт.



Размещаем заземлители по контуру на расстоянии друг от друга 9 метров.


6. Построение графиков нагрузки



Цех по обработке литых заготовок



Исходные данные:

Рmax = 300,8 кВт;

Справочный коэффициент при переменных потерях берем 0,05;

Справочный коэффициент при постоянных потерях берем 0,05;

Поправочный коэффициент при расчете летнего графика = 0,9;

Количество летних дней = 152;

Количество зимних дней = 213.



Таблица 6.1

t, ч

Р,%

Рt, кВт

, кВт

Рпер, кВт

Рзима, кВт

Рлето, кВт

Тзима, ч

Тлето, ч

0-6

30

90,24

15,04

1,35

106,63

95,9

1278

912

6-10

50

150,4

15,04

3,76

169,2

152,2

852

608

10-20

100

300,8

15,04

15,04

330,8

297,72

2130

1520

20-24

40

120,32

15,04

2,39

137,75

123,9

852

608



Перевод типового графика нагрузки в график нагрузки данного потребителя осуществляется по формуле:



Рt =   Рр (6.1)

Рt =   300,8 = 90,18 кВт

 = 0,05  300,8 = 15,04 кВт

 = 0,05  300,8 = 15,04 кВт

 =    (6.2)

=   15,04 = 1,35 кВт

 =   15,04 = 3,76 кВт



Зимний суточный график нагрузки



 = Рt +  +   (6.3)

= 90,24 + 15,04 + 1,35 = 106,63 кВт



Летний график нагрузки



= (0.9  0.95)  (6.4)

= 0,9  106,63 = 95,9 кВт



Строим суточный график нагрузки с учетом всех потерь

На основании всех расчетов строим годовой график нагрузки

Площадь ограниченная кривой графика показывает количество электроэнергии, вырабатываемой или потребляемой электроустановкой за сутки или за год.



Wc =  (Рt  ) (6.5)

Wc = (106,63  6) + (169,2  4) + (330,8  10) + (137,75  4) = 5,17 мВт

Wч =  (Рt  Tt) (6.6)

Wч = (330,8  2130) + (297,72  1520) + (169,2  852) + (152,2  608) +

+ (137,75  852) + (123,9  608) + (106,63  1278) + (95,9  912) = 1810,28 мВт



Средняя нагрузка за рассматриваемый период

 =  (6.7)

 =  = 0,21 мВт

 =  (6.8)

 =  = 0,2 мВт



Коэффициент заполнения графика нагрузки рассчитывается по формуле:



 =  (6.9)

 =  = 0,67

 =  (6.10)

 =  = 0,7



Время максимума - это время, в течении которого установка работает с максимальной нагрузкой, потребляет то же количество энергии, что и работая по действительному графику нагрузки.



 =  (6.11)

 =  = 6034,2



Результаты заносим в таблицу.


Таблица 6.2

Wг

Wс











1810,28

5,17

0,2

0,21

0,67

0,7

6034,2



6034,2  8760, что и должно быть