ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Часть 1

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ

И ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

 

Учебное пособие

для студентов специальностей 060800 (080502) и 170400

(150405), дисциплина “Электроснабжение “

 

 

Издательство Московского государственного университета леса

Москва – 2006

                                                                                                                             

    

 

    

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Важнейшим параметром, оказывающим существенное влияние на потребление электроэнергии предприятием, являются электрические нагрузки. Правильные оценки электрических нагрузок позволяют оптимизировать систему электроснабжения предприятия: свести к минимуму потери электроэнергии, уменьшить капитальные вложения, добиться максимального срока работы электротехнического и технологического оборудования, исключить аварии и простои. Это становится возможным благодаря анализу электрических нагрузок. Выбор наиболее эффективного варианта работы системы электроснабжения является результатом сравнения экономических показателей различных вариантов технических решений. Эти технические решения в первую очередь определяютя характером и величиной электрических нагрузок.

 

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

 

При проектировании и эксплуатации системы электроснабжения предприятия приходится иметь дело с электрическими нагрузками.

Электрическая нагрузка характеризует потребление электроэнергии отдельными приемниками электроэнергии в цехе, цехом и лесопромышленным (деревообрабатывающим) предприятием в целом. Основными являются три вида нагрузок: активная мощность Р, реактивная мощность Q и ток I.

Основой рационального решения всего сложного комплекса технико-экономических вопросов при проектировании и эксплуатации лесопромышленного предприятия является правильное определение электрических нагрузок. От оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты в системе электроснабжения предприятия, мощность трансформаторов, коммутирующей аппаратуры, расход цветных металлов, а также величина потерь электроэнергии и эксплуатационные расходы.

Ошибки при определении электрических нагрузок приводят к сни-жению технико-экономических показателей работы лесопромышленных предприятий:

если в расчетах будет допущена ошибка в сторону уменьшения электрических нагрузок, это вызовет увеличение потерь энергии в электрических сетях предприятия, ускорит износ электрооборудования, а в некоторых случаях может привести к останову производства. Это приводит к необходимости увеличивать сечение проводов электрических сетей, замены электрооборудования более мощным;

излишнее увеличение расчетных электрических нагрузок влечет за собой установку более дорогого электротехнического оборудования (провода, кабели, коммутационная и защитная аппаратура, транс-форматоры) и неполное его использование. Следствием этого является увеличение капитальных затрат, т. е. в конечном счете увеличение себестоимости продукции. В ряде случаев завышение нагрузок может привести к аварийным ситуациям из-за технологических перегрузок и как следствие – недовыпуск продукции, а также к росту потерь электроэнергии.

 Вопросы:

1.1. Что называется электрической нагрузкой?

1.2. На какие экономические показатели оказывают влияние электри-ческие нагрузки?

1.3. Как сказывается на экономических показателях завышение элек-трических нагрузок?

1.4. Как сказывается на экономических показателях занижение элек-трических нагрузок?

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

Электрическая энергия поступает на предприятия лесной отрасли в виде переменного синусоидального тока. Синусоидальный ток имеет ряд преимуществ перед токами, изменяющимися по другим законам:

1. Коэффициент полезного действия электродвигателей, работающих на синусоидальном, токе выше. Это приводит к уменьшению потребления электроэнергии предприятием и уменьшению затрат на электроэнергию, а на электростанциях – к экономии топлива.

2. Синусоида единственная функция, имеющая подобную себе по форме производную. Это позволяет всем электрическим машинам во всех точках энергосистемы работать на синусоидальном токе, т.е. с наивысшим коэффициентом полезного действия.

Все лесопромышленные и деревообрабатывающие предприятия получают электрическую энергию в виде трехфазного переменного тока частоты 50 Гц. Системой трехфазного тока называются три электродвижущие силы равные по величине и частоте и отличающиеся друг от друга на одну треть периода. Иногда на предприятиях используется электрооборудование, требующее для работы переменный ток другой частоты или постоянный ток. В этих случаях питание электрооборудования осуществляется также от электрических сетей трехфазного переменного тока частоты 50 Гц через преобразователь частоты или выпрямитель соответственно.

Использование системы трехфазного тока обусловлено рядом преимуществ перед системой однофазного тока. Наиболее существенными из них являются:

1. Возможность передачи по одинаковым линиям электропередачи (ЛЭП) большего количества электроэнергии, т.е. пропускная способность трехфазных линий больше, чем однофазных. Поэтому затраты на передачу электроэнергии трехфазным током меньше (за счет уменьшения капитальных затрат на строительство ЛЭП).

2. Потери энергии в линиях электропередач меньше. Это приводит к уменьшению годовых эксплуатационных расходов.

3. Более высокий коэффициент полезного действия трехфазных электродвигателей: 0,85…0,92 против 0,4…0,6 у однофазных. Общее потребление электроэнергии и, соответственно, плата за электроэнергию уменьшаются, что приводит к уменьшению текущих затрат

4. Возможность иметь от трехфазной сети два трехфазных напряжения, отличающиеся друг от друга в  раз, например 127 В и 220 В, обозначается 127/220 или 220 В и 380 В, обозначается 220/380. На лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятиях для питания различных производств применяется напряжение 220/380 В. Это позволяет наиболее эффективно, с точки зрения экономии электроэнергии за счет уменьшение потерь в электрических сетях предприятия и уменьшения затрат на сооружение электрических сетей, выбрать величину напряжения: 220 В применяется для питания осветительных приборов, а 380 В – для электродвигателей и других потребителей электроэнергии мощностью более 3…5 кВт.

Вопросы:

2.1. Какой по форме электрический ток используется на производстве и в быту?

2.2. Какие преимущества синусоидального переменного тока перед электрическими токами, которые изменяются по другим законам; на каких экономических показателях это сказывается?

2.3. Что называется системой трехфазного тока (трехфазным током)?

2.4. Преимущества системы трехфазного тока перед однофазной; на каких экономических показателях это сказывается?

2.5. Какие напряжения и где применяются для питания потребителей электрической энергии лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий?

2.6. Почему экономически целесообразнее для питания электропри-емников цеха применять два напряжения?

 

Картограмма нагрузок

Картограмма нагрузок цеха (предприятия) представляет собой размещенные на плане цеха окружности с центрами в точке приложения электрических нагрузок. Площади окружностей в выбранном масштабе равны электрическим нагрузкам в этих точках. Картограмма электрических нагрузок позволяет достаточно наглядно представить распределение нагрузок на территории цеха или предприятия.

Для построения картограммы нагрузок необходимо определить радиусы окружностей для каждого ЭП или группы ЭП. Площадь окружности в выбранном масштабе должна быть равна полной мощности в данной точке.

                                   ,                                                 (27)

где r – радиус окружности, см,

     μ – масштаб, кВ∙А/см².

Из этого выражения можно получить формулу для определения радиуса окружности

                                          

                                      .                                                 (28)

5.2. Центр электрических нагрузок

 

Центр электрических нагрузок цеха (предприятия) является символическим центром потребления электрической энергии цеха (предприятия). Главную понизительную и цеховые подстанции следует распологать как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и тем самым значительно сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала, снизить потери электрической энергии в сетях, т.е. уменьшить капитальные вложения и снизить текущие расходы.

Для нахождения центра электрических нагрузок пользуются методикой определения центра тяжести однородных плоских фигур сложной формы из теоретической механики.

Проведя аналогию между параллельными силами и электрическими нагрузками, координаты центра электрических нагрузок  можно вычислить по следующим формулам:

 ,                               (29), (30)

где x и y – координаты центра отдельных электрических нагрузок.

Существуют и другие методы расчета координат центра электрических нагрузок.

Пример 4. Построить картограмму нагрузок и определить поло-жение центра электрических нагрузок лесопромышленного предприятия. Генплан предприятия приведен на рис.3. Центры приложения нагрузок цехов совпадают с центрами тяжести фигур изображающих цехи; электрические нагрузки приведены в табл. 4.  

 

                                                                                           Т а б л и ц а 4

 

п/п	Цех	Sсм, кВ∙А	x, м	y, м	r, м
1	Нижний лесной склад	218	56	24	0,83
2	Лесопильный цех	466	50	28	1,22
3	Шпалорезный цех	310	23	19	0,99
4	Котельная, гараж и т.д.	360	41	31	1,07

 Решение:

I . Построение картограммы нагрузок.

1.Выбираем масштаб. Масштаб не должен быть слишком велик, чтобы окружности не получились слишком малого диаметра, и не должен быть слишком мал, чтобы окружности не перекрывали друг друга. Принимаем .

2.Радиусы окружностей для каждого ЭП

.

3.Данные расчетов по каждому ЭП заносятся в табл.4  

4.Строим окружности соответствующего радиуса с центрами, совпа-дающими с центрами приложения нагрузок каждого ЭП – рис. 3.

 

Рис.3 План лесопромышленного предприятия.

 

II . Определение центра электрических нагрузок.

1.На плане предприятия произвольно выбираем начало координат декартовой системы координат – точка 0.

2. Произвольно выбираем направление осей x и y декартовой системы координат.

3. Измеряем в масштабе координаты центров нагрузок x_i и y_i для каждого цеха.

4. Заносим измеренные координаты центров нагрузок цехов в табл. 4.

 

5. Координаты  центра электрических нагрузок предприятия:

.

6. Наносим координаты  центра электрических нагрузок на план предприятия – рис. 3.

 Вопросы:

 5.1. Что называется картограммой электрических нагрузок?

 5.2. Для чего строят картограмму электрических нагрузок?

 5.3. Как построить картограмму электрических нагрузок?

 5.4. Что называется центром электрических нагрузок?

 5.5. Для чего нужно знать положение центра электрических нагрузок?

 5.6. Как определить координаты центра электрических нагрузок?

 

Расчет средних нагрузок

Существует несколько методов расчета средних нагрузок. В соответствии с рекомендациями [2] необходимо применять метод коэффициента использования. В этом случае расчет выполняется в следующей последовательности:

 1. Номинальные мощности ЭП, работающих в повторно-кратковремен-ном режиме, должны быть приведены к ПВ = 100%.

 2. Средняя активная мощность ЭП за наиболее загруженную смену

.                                      (31)

 3. Средняя реактивная мощность ЭП за наиболее загруженную смену

.                                          (32)

 4. Электрические нагрузки по узлу или по трансформаторной подстан-ции в целом:

 активная          ,                             (33)

                 реактивная      ,                             (34)

где n – количество ЭП и узле.

Пример 5. Определить электрические нагрузки окорочного отделения для последующего выбора компенсирующих устройств и трансформаторов понизительной подстанции.

 

 

 

 Решение:

1. Поскольку в дальнейшем требуется выбрать компенсирующие устройства и трансформаторы, необходимо определить средние нагрузки за максимально загруженную смену.

2. Расчет средних нагрузок будет выполнен методом коэффициента использования и номинальной мощности [2].

3. В табл. 5 заносим все оборудование, его номинальную мощность (с учетом формулы 5), а также количество единиц одинакового оборудования m.

 

Т а б л и ц а 5

 

п/п	Оборудование	, кВт	m	, кВт		Рсм, кВт	tgφ	Q см, квар
1	Конвейер цепной Б22У-1	17,0	2	34	0,31	10,54	1,17	12,33
2	Сбрасыватель бревен СБР-4-2	2,8	3	8,4	0,2	1,68	1,73	2,91
3	Окорочный станок ОК-66	40,0	2	80,0	0,2	16,0	1,73	27,68
4	Конвейер скребковый	4,5	2	9,0	0,4	3,6	1,02	3,67
5	Конвейер цепной	2,8	2	5,6	0,2	1,12	1,5	1,68
Итого			11	Ру=137		32,94		48,27

 

4. Общая активная мощность одинакового оборудования

.                                          (35)

5. Из [1] или [2] для каждого ЭП выписываем в табл. 5 коэффициеты использования по активной мощности .

6. Средняя активная мощность за наиболее загруженную смену

7. Из [1] или [2] для каждого ЭП выписываем в табл.5 коэффициенты реактивной мощности .

 

8. Средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену

.

9. Данные расчетов по п.п.4,6,8 заносятся в табл. 5.

10. Активная нагрузка по окорочному отделению

11. Реактивная нагрузка по окорочному отделению

.

 

Расчет пиковых нагрузок

Пиковым током одного ЭП или группы ЭП называется максимально возможный ток длительностью 1…2 с. Такой режим возникает, как правило, при пуске электродвигателей и других ЭП. Поэтому обычно рассчитывают начальные пусковые токи.

а) Пиковый ток одного ЭП.

Для одного электродвигателя – это начальный пусковой ток, для сварочных трансформаторов – пиковый ток по паспортным данным.

В случае отсутствия паспортных данных рекомендуется принимать:

для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей – 5-кратный номинальный ток;

для асинхронных двигателей с фазным ротором и всех двигателей постоянного тока – менее 2,5-кратного номинального;

для печных и сварочных трансформаторов – не менее 3-кратного номинального.

б) Пиковый ток группы ЭП.

Пиковый ток группы электродвигателей, которые могут включаться одновременно, необходимо принимать равным сумме начальных пусковых токов всех двигателей

.                                               (44)

Пиковый ток группы электродвигателей, работающих при отстающем токе, которые включаются не одновременно, с достаточной для практических расчетов точностью определяется как сумма наибольшего из начальных пусковых токов двигателей, входящих в группу и расчетного тока двигателей всей группы ЭП за вычетом номинального тока двигателя наибольшей мощности с учетом коэффициента использования активной мощности:

                               ,                                 (45)

где i_{пуск, м} – наибольший из начальных пусковых токов двигателей группы,

           – расчетный ток группы,

      i_{ном, м} – номинальный ток двигателя с наибольшим начальным пуско-

вым током, приведенный к ПВ = 100%.

Пример 8. Определить электрические нагрузки для выбора аппаратуры защиты крана ККУ-7,5 (пример 6).

Решение:

1. Так как требуется выбрать аппаратуру защиты, следует определить пиковую нагрузку – пиковый ток крана ККУ-7,5.

2. Электродвигатели крана включаются не одновременно, поэтому для расчета пикового тока воспользуемся формулой 45.

3. Кран ККУ-7,5 получает электроэнергию от сети напряжением  коэффициент использования

4. Среди всех электродвигателей крана (табл. 6) выбираем двигатель наибольшей мощности – это двигатель механизма подъема груза МТ51-8.

5. Из [ ] для двигателя МТ51-6 выписываем: номинальный ток кратность начального пускового тока

6. Начальный пусковой ток двигателя наибольшей мощности:

 7. Расчетный ток крана ККУ-7,5  (см. решение задачи 6).

 8. Номинальный ток двигателя МТ51-8 приведенный к ПВ = 100%:

 9. Пиковый ток крана ККУ-7,5:

.

Вопросы:

6.1. Какие электрические нагрузки рассматривают при анализе электроснабжения предприятия?

6.2. Что называется средними нагрузками, что они характеризуют?

6.3. Что называется расчетными нагрузками, что они характеризуют?

6.4. Что называется пиковыми нагрузками, что они характеризуют?

6.5. Когда определяют средние нагрузки?

6.6. Когда определяют расчетные нагрузки?

6.7. Когда определяют пиковые нагрузки?

 

 

Библиографический список

1. Справочник электрика деревообрабатывающего предприятия: под общ. ред. А. А. Пижурина – М.: МГУЛ, 1999 – 340 с. 

2. Методические указания по расчету электрических нагрузок лесопромышленных предприятий: Минлеспром СССР, 1977 – 62 с.

3. Экономия энергоресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности / М.В. Алексин, В.С. Синев, П.А. Пижурин и др. – М.: Лесн. Пром – сть, 1982. – 216с.

4. Федоров, А.А. Каменева В.В. Основы электроснабжения промыш-ленных предприятий : учебник для вузов / Федоров, А.А. Каменева В.В. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1979. – 408 с., ил.

5. Каталог. Лесозаготовительные машины и оборудование. – М.:1992.

6. Каталог. Деревообрабатывающие станки и механизмы.

 

 

Оглавление

 

Введение………………………………………………………………… 3

1. Общие понятия………………………………………………………. 3

2. Электрическая энергия………………………………………………. 4

3. Приемники электрической энергии………………………………… 6

  3.1. Классификация приемников электрической энергии………..6

  3.2. О мощностях приемников электрической энергии………..…7

3.3. Характерные приемники электрической энергии лесопро-

     мышленных и деревообрабатывающих предприятий……….11

  4. Графики электрических нагрузок…………………………………....13

          4.1. Классификация графиков электрических нагрузок………….    13

          4.2. Построение графиков электрических нагрузок……………...14

          4.3. Характерные показатели электрических нагрузок…………..16

  5. Картограмма и центр электрических нагрузок……………………...20

          5.1. Картограмма нагрузок…………………………………………20

          5.2. Центр электрических нагрузок………………………………..21

  6. Расчет электрических нагрузок……………………………………....23

          6.1. Классификация электрических нагрузок по видам расчета...    23

          6.2. Характерные места определения электрических нагрузок… 24

          6.3. Расчет средних нагрузок……………………………………… 25

          6.4. Определение расчетных нагрузок……………………………. 27

          6.5. Расчет пиковых нагрузок……………………………………...29

   7. Соображения по учету роста нагрузок……………………………...    32

   Приложение 1…………………………………………………………....33

   Библиографический список…………………………………………….35

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Часть 1

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: