Расчет электрических нагрузок в электроустановках напряжением до 1 кВ методом упорядоченных диаграмм показателей графиков электрических нагрузок

Расчетная нагрузка по допустимому нагреву представляет собой такую условную длительную неизменную нагрузку, которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому воздействию: максимальной температуре нагрева проводника или тепловому износу его изоляции.

В соответствии с РТМ 36.18.32.4-92 расчетная активная мощность группы электроприемников (количество электроприемников в группе более одного) на напряжение до 1 кВ определяется по выражению

                                                                                   (1.2)

где K _p – коэффициент расчетной мощности;

    k _{и i} – коэффициент использования i -го электроприемника;

    р _{н i} – номинальная мощность i -го электроприемника;

    n – количество электроприемников в группе.

Групповой коэффициент использования

                                                (1.3)

Значение К _р зависит от эффективного числа электроприемников (n _э), группового коэффициента использования (К _и), а также от постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки. В методичке расчета приняты следующие значения постоянной времени нагрева Т₀): Т₀=10 мин – для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты. Значение К _р для этих сетей принимаются по табл. 1.2;

Т₀=2,5 ч – для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов. Значение К _р для этих сетей принимаются по табл. 1.3.

Таблица 1.1 – Коэффициенты использования и мощности некоторых механизмов и аппаратов

 

 

Электроприемники	Коэффициенты
	использования (k и)	мощности (cosφ)
1. Металлорежущие станки мелкосерийного про­изводства, мелкие токарные, строгальные, дол­бежные, фрезерные, сверлильные, карусельные, точильные и др.	0,12-0,14	0,4 - 0,5
2. То же при крупносерийном производстве	0,16	0,5-0,6
3. То же при тяжелом режиме работы: штамповочные прессы, автоматы, револьвер­ные, обдирочные, зубофрезерные, а также крупные токарные, строгальные, фрезерные, карусельные, расточные станки	0,17	0,65
4. То же с особо тяжелым режимом работы: при­воды молотов, ковочных машин, волочильных станков, очистительных барабанов и др.	0,2 - 0,24	0,65
5. Многошпиндельные автоматы	0,2	0,6
6. Краны мостовые, грейферные, кранбалки, тель­феры, лифты	0,15-0,35	0,5
7. Вентиляторы, санитарно-гигиеническая венти­ляция	0,65 - 0,8	0,8
8. Насосы, компрессоры, двигатель-генераторы	0,7	0,85
9. Сварочные трансформаторы дуговой электро­сварки	0,2	0,4
10. Печи сопротивления, сушильные шкафы, на­гревательные приборы	0,75-0,8	1,0
11. Индукционные печи низкой частоты	-	0,35
12. Индукционные печи высокой частоты	-	0,65 - 0,8
13. Элеваторы, транспортеры, конвейеры	0,4 - 0,55	0,75
14. Дуговые сталеплавильные печи	0,5 - 0,75	0,8 - 0,9
15. Гальванические установки	0,4 - 0,5	0,6-0,8

 

Эффективное число электроприемников n _э – это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприемников. Величина n _э определяется по выражению:

                                            =                             (1.4)

В случаях, когда расчетная мощность Р _р, вычисленная по выражению (1.2), окажется меньше номинальной наиболее мощного электроприемника (р _н.макс), следует принимать Р _р = р _н.макс.

Расчетная реактивная мощность определяется следующим образом:

- для питающих сетей (питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты) в зависимости от значения n _э:

при n _э £ 10               (1.5)

при n _э > 10                               (1.6)

- для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу:

                     (1.7)

где tg j _i - коэффициент реактивной мощности i -го электроприемника, принимаемый по табл. 1.6 по значению cos j.

При определении р _н для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода.

Для электродвигателей с повторно кратковременным режимом работы их номинальная мощность приводится к длительному режиму (ПВ =100 %).

При включении однофазного ЭП на фазное напряжение он учитывается как эквивалентный трехфазный ЭП номинальной мощностью

р _н = 3 р _н.0; q _н = 3 q _н.0                                      (1.8)

где р _н.0, q _н.0, - активная и реактивная мощности однофазного ЭП.

    При включении однофазного ЭП на линейное напряжение он учитывается как эквивалентный ЭП номинальной мощностью

р _н = Ö3 р _н.0; q _н = Ö3 q _н.0;                                           (1.9)

При наличии группы однофазных ЭП, которые распределены по фазам с неравномерностью не выше 15% по отношению к общей мощности (трехфазных и однофазных ЭП в группе), они могут быть представлены в расчете как эквивалентная группа трехфазных ЭП с той же суммарной номинальной мощностью.

В случае превышения указанной неравномерности номинальная мощность эквивалентной группы трехфазных ЭП принимается ровной тройному значению мощности наиболее загруженной фазы.

К расчетной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ должны быть при необходимости бобавлены расчетные осветительные нагрузки P_р.о Q_р.о.

Значение токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:

                                                 (1.10)

где     - полная расчетная мощность узла нагрузки, кВ·А.

Расчет электрических нагрузок выполняется в виде таблицы (табл. 1.4).

 

Таблица 1.2- Значения коэффициентов расчетной нагрузки К _р для питающих сетей напряжением до 1 кВ для постоянной времени нагрева Т₀ = 10 мин.

n э	Коэффициент использования К и
	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
1	8,0	5,3	4,0	2,67	2,0	1,6	1,33	1,14	1,0
2	6,22	4,33	3,39	2,45	1,98	1,6	1,33	1,14	1,0
3	4,05	2,89	2,31	1,74	1,45	1,34	1,22	1,14	1,0
4	3,24	2,35	1,91	1,47	1,25	1,21	1,12	1,06	1,0
5	2,84	2,09	1,72	1,35	1,16	1,16	1,08	1,03	1,0
6	2,64	1,96	1,62	1,28	1,11	1,13	1,06	1,01	1,0
7	2,49	1,86	1,54	1,23	1,12	1,10	1,04	1,0	1,0
8	2,37	1,78	1,48	1,19	1,10	1,08	1,02	1,0	1,0
9	2,27	1,71	1,43	1,16	1,09	1,07	1,01	1,0	1,0
10	2,18	1,65	1,39	1,13	1,07	1,05	1,0	1,0	1,0
1 1	2,11	1,61	1,35	1,1	1,06	1,04	1,0	1,0	1,0
12	2,04	1,56	1,32	1,08	1,05	1,03	1,0	1,0	1,0
13	1,99	1,52	1,29	1,06	1,04	1,01	1,0	1,0	1,0
14	1,94	1,49	1,27	1,05	1,02	1,0	1,0	1,0	1,0
15	1,89	1,46	1,25	1,03	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
16	1,85	1,43	1,23	1,02	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
17	1,81	1,41	1,21	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
18	1,78	1,39	1,19	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
19	1,75	1,36	1,17	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
20	1,72	1,35	1,16	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
21	1,69	1,33	1,15	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
22	1,67	1,31	1,13	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
23	1,64	1,3	1,12	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
24	1,62	1,28	1,11	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
25	1,6	1,27	1,1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
30	1,51	1,21	1,05	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
35	1,44	1,16	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
40	1,4	1,13	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
45	1,35	1,1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
50	1,3	1,07	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
60	1,25	1,03	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
70	1,2	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
80	1,16	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
90	1,13	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
100	1,1	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0

 

 

Таблица 1.3 - Значения коэффициентов расчетной нагрузки К _р на шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводов напряжением до I кВ.

n э	Коэффициент использования К„
	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7 и более
1	8,00	5,33	4,00	2,67	2,00	1,60	1,33	1,14
2	5,01	3,44	2,69	1,9	1,52	1,24	1,11	1,0
3	2,94	2,17	1,8	1,42	1,23	1,14	1,08	1,0
4	2,28	1,73	1,46	1,19	1,06	1,04	1,0	0,97
5	1,31	1,12	1,02	1,0	0,98	0,96	0,94	0,93
6-8	1,2	1,0	0,96	0,95	0,94	0,93	0,92	0,91
9 - 10	1,1	0,97	0,91	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
10-25	0,8	0,8	0,8	0,85	0,85	0,85	0,9	0,9
25 - 50	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,8	0,85	0,85
Более 50	0,65	0,65	0,65	0,7	0,7	0,75	0,8	0,8

Таблица 1.4 - Данные для расчета электрических нагрузок

 

Наименование узла сети, номер электроприемника	Наименование электроприемника	Количество ЭП	Номинальная мощность, кВт		Коэффициент использования Ки	tgj	Ки Рн	Ки Рн gj	Эффективное число  =	Коэффициент расчетной нагрузки, Кр	Расчетная мощность			Расчетный ток, А
			Одного ЭП	Общая							Рр, кВт	Qp, квар	Sp, кВА
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

Пример расчета

5.Расчет электрических нагрузок

Расчет нагрузок будем производить методом упорядоченных диаграмм. Он позволит по номинальной мощности электроприемника с учетом их числа и характеристик определить расчетную нагрузку нашего участка.

№ позиции станка	Наименование станка, агрегата	Кол- во	Коэфф использ Ки	Коэфф мощн cosφ	Коэфф. пуска КП	Мощность Рном, кВт
1	2	3	4	5	6	7
1	Пресс однокривошипный	1	0,17	0,65	7,0	34
2	Пресс кривошипный	1	0,17	0,65	7,0	40.8
3	Пресс листогибочный	1	0,17	0,65	6,5	25
4	Пресс кривошипный	1	0,17	0,65	6,5	29
5,6	Пресс кривошипно-чеканный	2	0,17	0,65	6,5	28
7	Пресс кривошипно-чеканный	1	0,17	0,65	6,5	25
8	Пресс гидравлический	1	0,17	0,65	7,5	8.6
9	Пресс гидравлический	1	0,17	0,65	7,5	9
10	Пресс кривошипный	1	0,17	0,65	7,5	7
11,13,30	Туширующее устройство	3	0,12	0,5	6,0	2.8
12	Станок образивно-отрезной	1	0,12	0,5	7,5	12
14	Обдирочно-шлифовальный ст-к	1	0,12	0,5	7,5	7.8
15,16	Пылеулавливающий агрегат	2	0,12	0,5	5	1,2
17,18,19	Пресс кривошипный	3	0,17	0,65	7,5	13,6
20	Правильный станок	1	0,12	0,5	7,0	10
21	Пресс кривошипный	1	0,17	0,65	7,5	7
22,23	Пресс кривошипный	2	0,17	0,65	7,0	19
24,25,26	Пресс кривошипный	3	0,17	0,65	7,0	20
27	Пресс кривошипный	3	0,17	0,65	6,0	4.5
28	Пресс кривошипный	1	0,17	0,65	7,5	10
29	Пресс кривошипный	1	0,17	0,65	7,0	6.3
31	Станок образивно-отрезной	1	0,12	0,5	7,5	10

Таблица 5.1 Перечень электрооборудования участка

 

 

Для примера произведём расчет электрических нагрузок электроприёмников, запитываемых от шкафа ШР-1. От шкафа запитывается 3 электроприемника.

Определяем суммарную мощность узла, для этого находим мощности всех групп, входящих в данный узел:

Р_Н = 99,8 кВт – суммарная мощность электроприёмников группы №1;

 

Тогда суммарная мощность узла равна:

(5.1)

Номинальные мощности наибольшего и наименьшего
электроприёмников узла соответственно составляют: P_ном.max= 40,8 кВт, P_ном.min= 25 кВт.

Определим их соотношение (величину m) по формуле:

m = ,

(5.2)

m =

Определяем средние активные мощности групп приёмников за наиболее загруженную смену:

Pсм = Pн∙Ки,

(5.3)

 

где: К_и – коэффициент использования (приведён в таблице 5.1);

Р_н – суммарная мощность электроприёмников группы.

Подставляя данные в формулу (5.3) получаем, что средние активные мощности приёмников за наиболее загруженную смену составляют:

P_см1 = P_н1∙К_и1 = 99,8∙0,17 = 16,9 кВт,

Находим среднюю активную нагрузку за наиболее нагруженную смену для узла:

Pсм.узл= Pсм,

(5.4)

P_см.узл= 16,9 кВт.

Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования узла:

Kи = ,

(4.5)

где: Р_см.узл– средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену для узла;

ΣP_{ном. узл} – суммарная мощность узла.

K_и =  = 0,17

Определяем среднюю реактивную нагрузку за наиболее нагруженную смену:

Qсм = Pсм∙ ,

(5.6)

где tg  можно определить, зная коэффициент мощности cosφ.

Подставляя в формулу (5.6) наши данные, получаем, что средние реактивные нагрузки за наиболее нагруженную смену для нашей группы составляет:

Q_см = P_см∙ = 16,9∙1,168= 19,7 кВар,

Находим среднюю реактивную нагрузку за наиболее нагруженную смену для узла по формуле:

 

Qсм.узл= Qсм

(5.7)

Q_см.узл = 19,7 кВар.

Определяем средневзвешенное значение коэффициента мощности cosφ, для этого определим средневзвешенное значение tgφ по формуле:

= ,

(5.8)

=  = 1,165

тогда cos _узл= 0,65

Определяем эффективное число электроприёмников – n_э по формуле:

,

(5.9)

 

 

где:  − сумма мощностей всех электроприемников узла в квадрате;

– сумма квадратов мощностей всех электроприемников узла.

 

Зная эффективное число электроприёмников и коэффициент использования по справочной таблице находим значение расчетного коэффициента Кр = 2,31, тогда расчетная активная нагрузка узла определится по формуле:

,

(5.10)

.

Определяем расчетную реактивную мощность узла по формуле:

,               (5.11)

где: К´м – коэффициент максимума, принимаемый равным 1 при ≥ 10 и 1,1 при < 10.

Тогда расчетная реактивная мощность узла равна:

Зная активную и реактивную расчетную мощность, мы можем определить полную мощность узла: 

Sр =

(5.12)

 

S_р = кВА

Теперь можно определить расчётный ток по ШР-1 по формуле:

(5.13)

где: U_ном – напряжение питающей сети и равно 0,38 кВ.

Определяем пиковый ток для шкафа ШР-1. Для этого выбираем самый мощный электроприемник и рассчитываем для него номинальный расчётный ток по формуле:

(5.14)

В данном узле наибольшую мощность имеет полуавтомат токарный (поз. №4), следовательно, номинальный расчётный ток будет равен:

 

Теперь определим ток i_пик.max по формуле:

,

(5.15)

где: К_п – пусковой коэффициент и для данного потребителя равен 7,0.

Подставив эти данные в формулу для пикового тока, определим его величину:

(5.16)

где: –наибольший пусковой ток электроприемника группы;
       –расчетный по нагреву ток группы электроприемников;
         – номинальный ток электроприемника с наибольшим пусковым током;

 – коэффициент использования электроприемника с наибольшим пусковым током.

Аналогично производим расчеты для остальных узлов и данные заносим в таблицу 4.1

 

 

Пример оформления таблицы

 

 

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
РУ-4 (ШРА-1)
I гр. Ст-к обдирочн-шлиф Пылеулавл. агрегат Правильный станок Ст-к образивно-отрезной	6	1,2 10	33		0,12	0,5/1,732	4	6,9
II гр. Пресс кривошипный	12	4,5 20	166,6		0,17	0,65/1,168	28,3	33
Всего по РУ-4:	18	20	199,6	16,6	0,16	0,63/1,235	32,3	39,9	13,5	1,52	49	39,9	63,1	96,1	425,2
Всего по цеху:	31	1,2 40,8	451,6	29,4	0,	0,63/1,235	74,1	89,74	27,3	1,27	94,1	89,74	130	197,7

Окончание табл. 5.2

 

 

Таблица 5.2 – Расчетные данные

 

 

Электроприемники и их группы	n	Установленная мощность, приведенная к ПВ=100%		m=Pном max/Pном min	Коэоффициент использования  Ки	Cos𝜑 / tg𝜑 до компенсаци	Средняя нагрузка		nэ	Кр	Расчетная нагрузка				Iп
		Пределы номинальных мощностей электроприемников в группе	Суммарная мощность Pном, кВт				Pсм= Kи * Pном, кВт	Qсм=P см * tg𝜑, кВар			Pp=Kp * P см	Qp, квар
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
РУ-1 (ШР-1)
I гр. Пресс однокривошипный Пресс кривошипный Пресс листогибочный	3	25	99,8		0,17	0,65/1,168	16.9	19.7
Всего по РУ-1:	3	25 40,8	99,8	1,63	0,17	0,65/1,165	16,9	19,7	2,9	2,31	39	21,6	44,5	67.6	784
РУ-2 (ШР-2)
I гр. Пресс кривошипный Пресс кривошипно-чеканный	4	25 29	110		0,17	0,65/1,168	18,7	21,84
Всего по РУ-2:	4	25 29	110	1,16	0,17	0,76/0,856	18,7	21,84	3,9	1,91	35,7	24	43	65,4	537
РУ-3 (ШР-3)
I гр. Пресс гидравлический Пресс кривошипный	3	7 9	24,6		0,17	0,65/1,168	4,1	4,7
I гр. Ст-к образивно отрезной Туширующее устройство	3	2,8 12	17,6		0,12	0,5/1,732	2,1	3,6
Всего по РУ-3:	6	2,8 12	42,2	4,2	0,15	0,60/1,334	6,2	8,3	4,9	2,09	12,7	9,1	15,6	23,7	331