2165
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно – строительный университет»
Кафедра технологии строительства
Н. Л. Александрова, В. П. Костров
Электроснабжение систем отопления
Учебно-методическое пособие для лекционных занятий по дисциплине «Электроснабжение систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль – теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов.
Заочная форма обучения.
Нижний Новгород
2016
1
УДК 621.3
Александрова Н.Л. Электроснабжение систем отопления, [электронный ресурс]: учеб. – метод. пос. / Н. Л. Александрова, В. П. Костров]: Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун-т
– Н. Новгород: ННГАСУ, 2016 – 20 с; пл.1 электрон. опт. диск (CD – RW)
Приведено краткое изложение основных положений и закономерностей дисциплины
«Электроснабжение систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха», приведены таблицы с необходимыми паспортными и расчетными данными.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль – Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов. Заочная форма обучения.
© |
Н.Л. Александрова |
© |
В.П. Костров |
© |
ННГАСУ, 2016 |
2
1. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
Для проектирования электроснабжения промышленного предприятия строительной индустрии необходимо иметь сведения о назначении, количестве, единичной мощности, рабочем напряжении, режиме работы и размещении электроприемников. Нужно также знать годовое число часов работы механизмов предприятия, количество смен, допустимые перерывы электроснабжения, а также площади помещений.
Взадании к РГР указывается источник питания, его напряжение и степень обеспечения электроэнергией.
Всостав РГР входит определение расчетной полной мощности предприятия и выбор мощности компенсирующих устройств, выбор мощности и числа трансформаторов на трансформаторной подстанции, выбор схемы питающей сети и составление ее однолинейной схемы, расчет сечений кабелей, питающих распределительные пункты (РП). Приемники электрической энергии цеха делятся на следующие группы:
1.Электроприемники трехфазные напряжением 380В, частотой 50Гц (насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д.)
2.Электроприемники однофазные напряжением 220В, частотой 50Гц (осветительные приборы, однофазные сварочные трансформаторы и т.п.)
Трехфазные электроприемники представляют собой симметричную нагрузку. К симметричной нагрузке можно отнести и нагрузку однофазных электроприемников, если их распределить симметрично по фазам (несимметричность допускается не более 15%). Питание электроприемников предприятия выполняют по схеме четрыехпроводной звезды с глухо заземленной нейтралью напряжением 380/220 В.
Электроснабжение осуществляется от понижающих трехфазных трансформаторов, высшее напряжение которых (6 или 10кВ) выбирается в зависимости от заданного источника питания. Трансформаторы входят в состав комплектной трансформаторной подстанции.
2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ
Расчетная полная мощность определяется по расчетным активным и реактивным силовым электрическим нагрузкам и нагрузке освещения с учетом компенсации реактивной мощности.
2.1.Определение расчетных силовых нагрузок.
Расчетные силовые нагрузки электроприемников определяются по номинальной (установленной) мощности и средней величине коэффициента спроса, с учетом режима работы (длительный или повторно-кратковременный).
Длительным режимом работы называется режим, при котором электрическая машина или аппарат могут работать продолжительное время без превышения допустимых температур нагрева. Примером приемников, работающих в длительном режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т.п.
Повторно-кратковременный режим работы – это режим, при котором кратковременные рабочие периоды электрической машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. В этом режиме электрическая машина или аппарат могут работать с допускаемой для них относительной продолжительностью включения (ПВ) неограниченное время, причем превышения температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допускаемых значений. Примером приемников с
3
повторно-кратковременным режимом являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т.п.
В соответствии с заданием (Приложение 1, табл. 1) составляется в табл. 2.1. перечень потребителей электрической энергии напряжением 380В и 220В с указанием установленной мощности каждого из них. Установленная мощность одного приемника – это номинальная мощность, указанная в его технической характеристике.
Расчетная мощность всегда меньше установленной (номинальной), так как учитывает реальные режимы оборудования.
2.1.1. Расчет силовых электрических нагрузок для трехфазных потребителей с линейным напряжением 380 В производится по формулам:
Для электроприемников, установленная мощность которых выражена в киловаттах
Pр = Кс · РН · √ПВ кВт; Qр = Рр · tg квар.
Для электроприемников, установленная мощность которых выражена в киловольт-
амперах
Pр = Кс ·SН · √ПВ cos кВт; Qр = Рр · tg квар.,
где Рр – расчетная активная нагрузка силового электроприемника в кВт; Qр– расчетная реактивная нагрузка силового электроприемника в квар;
Кс – средний коэффициент спроса, принимаемы по справочным данным (табл. 2.2.); ПВ – относительная продолжительность включения в долях единицы, значения ПВ принимаются по справочным данным (табл. 2.2., для приемников длительного режима ПВ = І);
tg – соответствует характерному для электроприемников значению коэффициента мощности cos по справочным данным (табл. 2.2.)
Таблица 2.1 Определение расчетных силовых нагрузок предприятия
|
|
Установленная |
Относительная продолжительность врем. включ. ПВ ед. |
Коэффициент спроса Кс |
|
Расчетная активная нагрузка Рр, кВт |
Расчетная реактивная нагрузка Qр, квар |
||
Количество |
Наименование потребителя |
мощность |
|
|
|||||
электроприемников |
|
||||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
||||||
Рн, кВт |
|
Sн, кВА |
cos tg |
||||||
|
|
|
|||||||
одного, |
|
одного, |
|||||||
всех |
|
всех |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИТОГО: ∑Рp , ∑Qр,
4
Таблица 2.2.
Показатели электрических нагрузок электроприемников
Наименование приемника |
Кс |
cos |
tg |
ПВ |
|
|
|
|
|
|
|
Бетоноукладчики |
0,2-0,3 |
0,6 |
1,33 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Автоматические станки для правки и |
0,2-0,4 |
0,6 |
1,33 |
1 |
|
|
|||||
резки проволоки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формовочные машины |
0,2-0,25 |
0,6 |
1,33 |
0,4 |
|
Рольганги |
0,1 |
0,6 |
1,33 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Земснаряды |
0,2 |
0,7 |
1,01 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Растворные узлы, дозаторы |
0,4-0,6 |
0,6 |
1,33 |
0,4 |
|
Краны башенные мостовые, козловые |
0,2 |
0,5 |
1,73 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Трансформаторный электроподогрев |
0,7 |
0,75 |
0,88 |
1 |
|
бетона, отогрев грунта и трубопроводов |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Однопостовые двигатель-генераторы |
0,5 |
0,6 |
1,33 |
0,2 |
|
|
|||||
сварки |
|
|
|
|
|
Сварочные трансформаторы |
0,3 |
0,4 |
2,3 |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
Переносные механизмы |
0,1 |
0,45 |
1,98 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Металлорежущие станки |
0,14 |
0,4 |
2,3 |
0,8 |
|
Кассетно-формовочная установка |
0,8 |
0,7 |
1,01 |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
Виброразгрузчик заполнителей |
0,6 |
0,7 |
1,01 |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
Насосы, компрессоры |
0,75 |
0,8 |
0,75 |
1 |
|
Вентиляторы |
0,7 |
8 |
0,75 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Транспортеры, конвейеры |
0,5 |
0,75 |
0,88 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Краны, тельферы |
0,1 |
0,5 |
1,73 |
0,25 |
|
То же при ПВ = 0,4 |
0,2 |
0,5 |
1,73 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Печи сопротивления, сушильные |
0,8 |
0,95 |
0,31 |
1 |
|
шкафы |
|||||
|
|
|
|
||
Мелкие нагревательные приборы |
0,7 |
1 |
0 |
1 |
|
Люминесцентные лампы |
1 |
0,95 |
0,48 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Энергосберегающие лампы |
1 |
0,95 |
0,48 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Лампы накаливания |
1 |
1 |
0 |
1 |
2.2. Определение расчетной нагрузки электрического освещения
Расчетная нагрузка электрического освещения определяется по формуле:
Pро = Ксо ·Рyо ·F·10-3 кВт ,
5
где |
Ксо - коэффициент спроса, принимаемый в среднем равным 1,0, |
Рyо - удельная нагрузка (Вт/ м2 ), для площади цеха и других помещений, принимаемая по справочным данным (табл. 2.3.):
F- площадь пола цеха и других помещений. M 2
Для лампы накаливания cos = 1, следовательно, при использовании ламп накаливания реактивная нагрузка равна нулю.
При использовании люминесцентных и энергосберегающих ламп рассчитывается также и реактивная нагрузка по формуле:
Qpo = Рро·tgφ квар.
Площади освещаемых помещений по вариантам приводится в Приложении 1, табл. 2.
Результаты расчета нагрузок электрического освещения сводятся в таблицу 2.4.
|
|
|
Таблица 2.3. |
Удельная нагрузка Рyо, Вт/м2 при освещении люминесцентными и |
|||
|
энергосберегающими лампами |
|
|
|
|
|
|
Наименование помещения |
|
Люминесцентные лампы |
Энергосберегающие |
|
|
|
лампы |
|
|
|
|
Растворные узлы |
|
15 |
4,5 |
|
|
|
|
Формовочные цеха |
|
15 |
4,5 |
|
|
|
|
Арматурные цеха |
|
20 |
5,5 |
|
|
|
|
Котельные |
|
14 |
4,3 |
|
|
|
|
Гаражи |
|
18 |
5,0 |
|
|
|
|
Материальные склады |
|
15 |
4,5 |
|
|
|
|
Центральные заводские |
|
35 |
12 |
лаборатории |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
Столовые |
|
|
35 |
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заводоуправление |
35 |
|
|
|
12 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бытовые помещения |
35 |
|
|
|
12 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проходные |
|
|
20 |
|
|
|
5,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.4. |
|
|
Определение расчетных нагрузок электрического освещения |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Наименование |
|
Площадь |
|
Удельная |
Расчетная нагрузка электрического |
|
|||
помещений и |
|
освещаемых |
|
нагрузка |
освещения |
|
|
||
рабочих мест |
|
помещений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
Pyd |
Ppo |
|
Qpo |
|
|
|
|
м2 |
|
Вт/м2 |
кВт |
|
квар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого: |
|
|
|
|
|
∑Ppo |
∑Qpo |
|
По данным таблиц 2.1. и 2.4. определяются расчетная активная Рp∑ и расчетная
реактивная Qp∑ мощности цеха с учетом коэффициента разновременности Максимов
силовой нагрузки Kрм. Рекомендуется принимать Kрм = 0,9.
Pp∑ = ∑PpKрм + ∑Ppo,
Qp∑ = ∑QpKрм + ∑Qpo.
7
2.3. Выбор мощности компенсирующих устройств
Чтобы уменьшить потери электроэнергии в трансформаторах и на всех высших ступенях электроснабжения, реактивная нагрузка на напряжении до 1000 В, создаваемая асинхронными двигателями, сварочными аппаратами и другими потребителями, компенсируется при помощи статических конденсаторов. Необходимая мощность компенсирующих устройств на шинах 380/220 В определяется из выражения:
Qky = Pcr . (tgφест.г. – tg φн) квар,
где Pcr- среднегодовая активная нагрузка предприятия:
Pcr = |
∑∙ма |
|
б |
, кВт. |
|
|
Здесь Тма - годовое число использования максимума активной мощности, принимаемое при двухсменной работе предприятия равным 3200 ч., при трехсменной работе – 3770 ч.
Тб - годовое число часов работы компенсирующих устройств, принимаемое при двухсменной работе предприятий равным 6000 ч., при трехсменной - 8000 ч.;
tgφ ест.г. -соответствует средневзвешенному естественному коэффициенту мощности за
год.
Величина tgφ ест.г. определяется из соотношения:
Tgφ ∑∙мр
ест.г.= ∑∙ма,
где Тмр -годовое число часов использование максимума реактивной мощности ,
принимаемое при двухсменной работе предприятий 3520 ч ; при трехсменной – 4140 ч.
Нормативное число коэффициента мощности 0,95. Следовательно, tgϕ ест.г.= 0,33.
После определения мощности компенсирующих устройств из табл. 2.5. выбирается тип и
8
необходимое количество батарей статических конденсаторов с общей мощностью Q’ky,
где Q’ky ≈ Qky.
Нескомпенсированную реактивную нагрузку определяем как разность
Q = Qp∑- Q’ky
Потерями активной мощности в статических конденсаторах пренебрегаем из-за малой величины.
Таблица 2.5.
Косинусные конденсаторы и конденсаторные установки, использующиеся для повышения cosφ.
Наименование |
Тип |
Номинальная мощность, Q |
|
|
|
|
|
н |
|
|
квар |
|
|
|
Конденсатор в трехфазном |
КМ-0,22-4,5 |
4,5 |
исполнении |
|
|
|
|
|
То же |
КС-0,22-6 |
6 |
|
|
|
То же |
КС-0,22-8 |
8 |
|
|
|
То же |
КМ-0,22-9 |
9 |
|
|
|
То же |
КМ-0,38-13 |
13 |
|
|
|
То же |
КС-0,38-18 |
18 |
|
|
|
То же |
КС-0,38-26 |
26 |
|
|
|
То же |
КС-0,38-50 |
50 |
|
|
|
Комплектная |
ККУ-0,38-1 |
80 |
конденсаторная установка |
|
|
|
|
|
То же |
УК-0,38-110НУЗ |
108 |
|
|
|
То же |
УКТ-0,38-150УЗ |
150 |
|
|
|
То же |
УКЛ Н-0,38-300-50 УЗ |
300 |
|
|
|
|
9 |
|
Таким образом, полная расчетная нагрузка цеха на шинах 380 В понизительной подстанции с учетом компенсации реактивной мощности определяется из выражения
кВА.
3.ВЫБОР МОЩНОСТИ И ЧИСЛА ТРАНСФОРМАТОРОВ.
Электроснабжение цеха осуществляется от трансформаторной подстанции с понижающими трансформаторами 0,6/0,38, 0,22 кВ или 10/0,38,0,22 кв.
По степени бесперебойности питания электроприемники согласно ПУЭ (ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК), подразделяются на следующие категории:
Электроприемники 1 категории - это приемники, внезапный перерыв питания которых вызывает опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования и.т.п. Они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания: перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания. На предприятиях строительной индустрии потребителей 1 категории не имеется.
Электроприемники 2 категории - приемники допускают перерыв электроснабжения на время, необходимое для включения питания дежурным персоналом. Большинство потребителей промышленного предприятия строительной индустрии относится к потребителям 2 категории.
Электроприемники 3 категории допускают перерывы электроснабжения на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента электроснабжения, но не свыше суток. К таким потребителям относятся электроприемники ремонтно-механических и вспомогательных участков.
Для обеспечения надежности электроснабжения цеха на подстанции должно быть установлено 2 трансформатора одинаковой мощности, питающихся от отдельных вводов 6 или 10 кВ. Нормальный режим работы – раздельная работа трансформаторов, это предусматривается в целях уменьшения токов короткого замыкания и позволяет применить более легкую и дешевую аппаратуру на стороне низшего напряжения трансформаторов.
Мощность трансформаторов рассчитывается по средней мощности Sс, которая вычисляется по полной расчетной нагрузке Sр и коэффициенту максимума для цеха в целом K м.
Принимая Kм=1,15, находим среднюю мощность цеха:
Sс = Sр кВ× A
Kм
10