Материал: Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

4. Расчет осветительных нагрузок

Осветительной электроустановкой называется специальное электрическое устройство, предназначенное для освещения территорий, помещений, зданий и сооружений.

Осветительная установка представляет собой сложный комплекс, состоящий из распределительных устройств, магистральных и групповых электрических сетей, различных электроустановочных приборов, осветительной арматуры и источников света, а также поддерживающих конструкций и крепежных деталей.

К осветительным электроустановкам предъявляется следующие основные требования: надежность и бесперебойная работа всех элементов; обеспечения требуемого уровня освещенности помещений и рабочих мест; удобство и безопасность обслуживания и ремонта приборов, светильников и аппаратов.

Выполнение этих требований в известной мере зависит от принятой схемы питания освещения.

Питание осветительных электроустановок осуществляется по схеме блока « Трансформатор - магистраль».

Питание от трансформатора подается на распределительный щит подстанции, затем на силовой распределительный пункт РП, далее от распределительного пункта питаются групповые щиты освещения ЩО, а от них через клавишные выключатели питаются светильники ШЛП с лампами накаливания ЛН

Светильники включаются при помощи клавишного выключателя для скрытой установки. У каждого ряда светильника свой выключатель, свой автомат, установленный в щитке освещения ЩО, а в РП 1 имеется общий автомат для всей осветительной установки.

Провода прокладываются открыто, непосредственно по поверхностям строительных конструкций параллельно и перпендикулярно строительным и архитектурным линиям помещения; крепятся через каждые 200 мм стальными скобами.

При определении расчетной нагрузки питающей сети вводится коэффициент спроса, равный отношению расчетной нагрузки к установленной мощности, т.е. пропорциональный числу одновременно включенных ламп.

При определении осветительной электроустановки пользуемся методом коэффициента использования светового потока. Этот метод применяется при расчете общего равномерного освещения горизонтальных плоскостей закрытых помещении с симметрично расположенными светильниками. Пи этом методе определяется освещенность поверхности с учетом как светового потока подающего от светильников, так и отраженного от стен, потолков и самой освещаемой поверхности. Также для расчетов освещения помещений со светлыми стенами и потолками при светильниках рассеянного и отраженного света.

Определяем тип светильника:

ШЛП 3×40

Определяем коэффициенты отражения:

Pп = 70%; Pс = 50%; Pл = 10%

Определяем индекс помещения:

l =  =  = 2,2 (11)

Определяем коэффициент использования светового потока:

u = 0,61 [5, стр. 126, табл. 5-12]

Определяем общий световой поток:

Fn =  =  = 194117,6 Лм (12)

где;

Emin - минимальная освещенность, Лк

S - площадь помещения, м²

Kзап - коэффициент запаса [5, стр. 124, табл. 5-10]

z - поправочный коэффициент [5, стр. 111]

n - колличество ламп в светильнике [5, стр. 117]

u - коэффициент использования светового потока [5, стр. 126, табл. 5-12]

nсв =  =  = 30 св (13)

Определяем общую осветительную мощность осветительной установки:

Росв = nсв*Рсв = 30*3*40 = 3600 Вт = 3,6 кВт (14)

. Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность потребляется как электроприёмннками, так и элементами сети. Потребление реактивной мощности, по существу, связано с потреблением активной мощности и обусловлено параметрами сети переменного тока и режимами её работы.

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий, имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Потребители электроэнергии, например асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждаются как в активной, так и в реактивной мощностях, которые вырабатываются, как правило, синхронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям . Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при поддержании нормального режима работы. Реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70 % на асинхроннные двигатели, 20-25 % на трансформаторы, 10 % на ЛЭП, 10% на

Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при соблюдении условий поддержания нормального режима с обеспечением необходимой пропускной способности сетей и устойчивости работы электрических установок. При этом необходимо обеспечить баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов питающей сети с наличием в них необходимого резерва активной мощности для возможности регулирования напряжения. С увеличением реактивной мощности возрастают потерн напряжения в сети и, следовательно, снижается активная мощность, что влечет за собой увеличение мощности оборудования электрических станций, также снижается напряжение у электропрнёмников, что при неизменном значении их мощности приводит к увеличению токов и снижению пропускной способности всех элементов системы электроснабжения.

К методам компенсации реактивной мощности относят применение специальных компенсирующих устройств. К таким устройствам относятся статические конденсаторы, синхронные компенсаторы и перевозбужденные синхронные электродвигатели.

На промышленных предприятиях наибольшее распространение получили статические конденсаторы.

Применение статических конденсаторов по сравнению с другими способами искусственного повышения коэффициента мощности имеет определённые преимущества:

Монтаж и эксплуатация конденсаторных установок просты. Для их установки не требуется специальных фундаментов вследствие отсутствия вращающихся частей. Мощность конденсаторной установки легко изменяется в результате увеличения или уменьшения количества конденсаторов;

Повреждение одного из конденсаторов не отражается на работе всей компенсационной установки, так как поврежденный конденсатор легко заменить новым.

Выбор средств компенсации реактивной мощности.

Правильный выбор средств компенсации для сетей промышленного предприятия напряжением до 1000 В и 6-10 кВ можно выполнить только при совместном решении всех задач проектирования.

Для выбора компенсирующего устройства ( КУ) необходимо знать:

расчетную реактивную мощность компенсирующего уствройства;

тип компенсирующего устройства;

напряжение компенсирующего устройства.

Расчетную реактивную мощность компенсирующего устройства можно определить из соотношения:

к.р. = a*Pм*(tgφ - tgφк) (15)

где;

Qк.р. - расчетная мощность компенсирующего устройства, кВар;

a - коэффициент, учитывающий повышение cosφ естественным способом, принимается, a= 0,9 ;

tgφ, tgφк - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Принимается cosφк = 0,9, тогда tgφк = 0,48

Qк.р. = 0,9*117,6*(1,33-0,48)= 89,96 кВар (15)

Компенсация реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosφк= 0,92…0,95.

Задавшись cosφк из этого промежутка, определяют tgφк

Значения , tgφ выбираются по результатам расчета нагрузок из таблица - 1 «Сводной ведомости нагрузок» .

Задавшись типом компенсирующего устройства, зная Qк.р. и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные конденсаторные установки (ККУ) или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

Выбираю компенсирующую установку УК-0,38-110Н [6, стр. 127, табл. 6.1.1]

Р_н=110 кВар 1*110 кВар

После выбора стандартного компенсирующего устройства определяется фактическое значение cosφк:

φ_ф = tgφ - , (16)

где;

Q_к.ст. - стандартное значение мощности выбранного КУ, кВар.

tgφ_ф =1,33 - = 1,38 (16)

cosφф = 0,60

Определяем расчётную мощность трансформаторов с учётом потерь:

∆P = 0,02 * Sнн, кВт (17)

∆P = 0,02 * 204,5 = 4, 09 кВт (17)

∆Q = 0,1 * Sнн, кВар (18)

∆Q = 0,1 * 204,5 = 20,45 кВар (17)

∆S = , кВ*А (19)

∆S =  = 20,85 кВ*А (19)

Таблица 2 - Сводная ведомость нагрузок компенсаций реактивной мощности

. Выбор силовых трансформаторов

Трансформатор - это электромагнитный статический преобразователь с двумя или более неподвижными обмотками, который преобразует параметры переменного тока: напряжение, ток, частоту, число фаз.

Трансформаторы разделяются, в зависимости от:

числа фаз преобразуемого напряжения, на однофазные и многофазные (обычно трёхфазные);

числа обмоток, приходящихся на одну фазу трансформируемого напряжения, на двухобмоточные и многообмоточные;

способа охлаждения, на сухие (с воздушным охлаждением) масляные (обмотки и магнитная система погружаются в металлический бак, заполненный трансформаторным маслом).

от формы магнитопровода: на стержневые, броневые и бронестержневые;

от назначения: силовые общего назначения, специального назначения, импульсные, для преобразования частоты;

Число и мощность трансформаторов выбирается по:

Графику нагрузки потребителя и подсчитанным величинам средней и максимальной мощности;

Технико-экономическим показателям отдельных намеченных вариантов числа и мощности трансформаторов с учётом капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

Категории потребителей с учётом наличия у потребителей нагрузок 1-й категории, требующих надежного резервирования;

Экономически целесообразному режиму, под которым понимается режим, обеспечивающий минимум потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе при работе по заданному графику нагрузки.

Ориентировочно выбор числа и мощности трансформаторов может производиться по удельной плотности нагрузки (кВ*А/м²) и полной расчётной нагрузке объекта (кВ*А).

Число и мощность трансформаторов выбирается по перегрузочной способности трансформатора. Допустимые суммарные перегрузки для трансформаторов, установленных внутри помещения, не должно превышать 20%. После выявления всех перечисленных показателей сравниваемых вариантов рассматривают вопрос об обеспечении необходимой надежности и резервирования электроснабжения при выходе из строя одного из трансформаторов. ПУЭ допускается до 140% в аварийном режиме продолжительностью 5 суток не более 6 часов в сутки.

1 - вариант

Sтр = , кВ*А (20)

Sтр =  = 143,6 кВ*А (20)

з =  (21)

з =  = 0,77 (21)

При аварии оставшийся в работе трансформатор сможет пропустить мощность 1,4* S_n ≥ S_мaх

1,4*160≥201,1

Таблица 3 - Каталожные данные трансформаторов

Определяю потери активной мощности в трансформаторе:

. ∆Р_т = ∆Р_ст + ∆Р_об *К_з² , кВт (22)

∆Р_ст ≈ Pхх = 0,365 кВт;

∆Р_об ≈ Pкз = 1,97 кВт;

∆Р_т = 0,365 + 1,97 * 0,77² = 1,5 кВт (22)

Определяю потери реактивной мощности в трансформаторе:

∆Q_ст ≈ I_хх * S_н.т * 10^-2 = 2,6 * 100 *10^-2 = 2,6 кВар (23)

∆Q_рас ≈ U_кз * S_н.т * 10^-2 = 4,5 * 100 * 10^-2 = 4,5 кВар (24)

∆Q_т = ∆Q_ст + ∆Q_рас * К_з² , кВар (25)

∆Q_т = 2,6 + 4,5 * 0,77² = 5,2 кВар (25)

Определяю полные потери мощности в трансформаторе:

∆Sт = √Р_т² + Q_т² = √1,5² + 5,2² = 5,4 кВ*А (26)

Определяю потери активной энергии в трансформаторе:

t = 8760 *  = 2920 ч (27)

∆W_а.т = ∆W_ст + ∆W_об = ∆Р_ст * t + ∆Р_об * К_з² * τ = ∆Рхх* t+∆Ркз * К_з² * τ, кВт* ч (28)

∆W_а.т = 0,365 * 2920 + 1,97 * 0,77² * 3900 = 5621 кВт* ч (28)

Определяю потери реактивной энергии в трансформаторе:

∆W_р.т = S_н.т *(I_хх * t + U_кз * К_з² * τ) * 10^-2 , кВар* ч (29)

∆W_р.т = 100 * (2,6 * 2920 + 4,5 * 0,77² * 3900) *10^-2 = 17997,3 кВар* ч (29)

Определяю полные потери энергии в трансформаторе:

∆W_т = √∆W_а.т² + ∆W_р.т², кВ*А* ч (30)

∆W_т = √5621² + 17997,3² = 18854,4 кВ*А*ч (30)

Определяю потери активной мощности в трансформаторе:

. ∆Р_т = ∆Р_ст + ∆Р_об *К_з² , кВт (22)

∆Р_ст ≈ Pхх = 0,565 кВт;

∆Р_об ≈ Pкз = 2,65 кВт;

∆Р_т = 0,565 + 2,65 * 0,77² = 2,13 кВт (22)

Определяю потери реактивной мощности в трансформаторе:

∆Q_ст ≈ I_хх * S_н.т * 10^-2 = 2,4 * 160 *10^-2 = 3,84 кВар (23)

∆Q_рас ≈ U_кз * S_н.т * 10^-2 = 4,5 * 160 * 10^-2 = 7,2 кВар (24)

∆Q_т = ∆Q_ст + ∆Q_рас * К_з² , кВар (25)