Реферат: Компенсация 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 (tgjср - tgjэ), (1.1)

где Рс - средняя активная мощность, кВт;

tgjср - средний расчетный коэффициент реактивной мощности;

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

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

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

Проверка tgj = :

tgj = = 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;

cosj - 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 (4´95)	-
Кран консольный	161,8	1/1,04	155,5	АВВГ (4´50)	270
¾	¾	¾	¾	210
¾	¾	¾	¾	120
Обдирочные станки	277,9	1/1,04	267,2	АВВГ (4´120)	180
Вентиляторы	39,7	1/1,04	38,17	АВВГ (4´10)	30
Калорифер	136,0	1/1,04	130,7	АВВГ (4´35)	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	60´8
2	1531,8	1720	60´6

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	¾	3877,2	4846,5	А 3730Ф - 630 - 5000
QF10	¾	3663,8	4579,75	А 3730Ф - 630 - 5000
QF2,3,4,6,7,9	2167,5	¾	2709,37	А 3730Ф - 630 - 3200
QF5,8	1389,5	¾	1736,87	А 3730Ф - 630 - 2500
QF12	¾	¾	5331,15	А 3730Ф - 630 - 6300
QF13	¾	¾	5037,72	А 3730Ф - 630 - 6300

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

Пиковый ток рассчитывается по формуле:

Iпик = + S (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 60´8 L =

АВВГ - 4´95

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 ² = I¥ = , (4.1.1)

где Sr и Sх - активное и индуктивное сопротивление цепи.

Sr = 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

Sх = 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

= I² = 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 I¢кз ³ 3Iпл. вст.

I¢кз ³ 1,4Iэр - для автоматов с номинальным током до 100 А.

I¢кз ³ 1,25 Iэр - для автоматов с номинальным током более 100 А.

Определяем ток однофазного КЗ по формуле:

I¢кз = , (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)

Sr = rа + rа + (rшо ×Lш) + (rко + Lк) + rа (4.2.3)

Zтр = (4.2.4)

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

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

Zn = = = = 35,67 Ом

Zтр = = = 44,88 Ом

I¢кз = = = = 4,345 кА

4,345 кА ³ 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 y, (5.1)

где Ризм - измеренное сопротивление грунта = 100 Ом/м; y - 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); h - 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	DРпер, кВт	DРзима, кВт	DРлето, 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

D = 0,05 × 300,8 = 15,04 кВт

D = ×D (6.2)

D= × 15,04 = 1,35 кВт

D = × 15,04 = 3,76 кВт

Зимний суточный график нагрузки

D = Рt + D + D (6.3)

D= 90,24 + 15,04 + 1,35 = 106,63 кВт

Летний график нагрузки

D= (0.9 ¼ 0.95) (6.4)

D= 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 = S (Рt ×) (6.5)

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

Wч = S (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