Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ

ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра - Электроснабжение промышленных предприятий

 

Потребители электрической энергии

и системы их питания

 

Программа курса, методические указания и задания на курсовую работу

для студентов дистанционного обучения специальности 050718 – Электроэнергетика

  

Алматы 2007

CОСТАВИТЕЛЬ: Н.А. Туканова

Потребители электрической энергии и системы их питания. Программа, методические указания и задания на курсовую работу для студентов дистанционного обучения специальности 050718 - «Электроэнергетика». - Алматы: АИЭС, 2007. - 24 с. 

Данная методическая разработка включает программу курса, методические указания и задания на курсовую работу, а также справочные данные и список рекомендуемой литературы по дисциплине.

 

Содержание 

        С.

1

Цели и задачи курса

4

2

Перечень дисциплин, на которых базируется изучение курса

4

3

Сетка часов по разделам курса

5

4

Содержание лекций и вопросы для самопроверки
по разделам дисциплины

5

5

Практические занятия

9

6

Лабораторные работы

9

7

Курсовая работа и методические указания к ее выполнению

9

Список литературы

23

 

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

 Дисциплина «Потребители электрической энергии и системы их питания» является предметом из компонента по выбору цикла базовых дисциплин для бакалавров высших учебных заведений, обучающихся по специальности 050718 – «Электроэнергетика».

 Цель дисциплины – подготовка специалиста высокой квалификации, способного выполнять все задачи, связанные с обеспечением потребителей промышленных предприятий надежным, современным и экономичным электроснабжением при нормированном качестве электрической энергии.

          Задачи дисциплины - освоение методик расчетов электрических нагрузок, расчетов компенсации реактивной мощности, составление схем внешнего и внутризаводских сетей. Большое внимание уделяется вопросам связанных с расчетами электрических нагрузок и выбора оборудования напряжением выше 1 кВ.

 

бщий объем часов курса составляет 135 часов, из них аудиторные занятия - 34 часа: лекции – 8 часов, лабораторные работы - 10 часов, практические занятия - 16 часов, дистанционное обучение - 17 часов.

  2 ПЕРЕЧЕНЬ ДИСЦИПЛИН, НА КОТОРЫХ БАЗИРУЕТСЯ ИЗУЧЕНИЕ КУРСА 

Дисциплина «Потребители электрической энергии и системы их питания» базируется на предшествующем изучении курсов «Теоретические основы электротехники», «Электротехническое материаловедение», «Информатика», «Электроэнергетика», «Электромеханика и электротехническое оборудование» и др.

Материалы курса применяются в дисциплинах «Общепромышленные потребители и системы их электроснабжения», «Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем», «Электротехнологические установки и системы», «Распределительные электрические сети» и т.д.

3 СЕТКА ЧАСОВ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА “Потребители электрической энергии и системы их питания»

 

Название разделов

Лекции

Лабораторные работы

Практические занятия

Самостоятельная работа студента

Всего часов

Введение. Режимы напряжения в электрических сетях предприятий.

2

2

2

14

20

Режимы нейтралей электроустановок. Электробезопасность в электроустановках.

2

-

2

22

26

Схемы внешнего электроснабжения предприятий и внутризаводского распределения электроэнергии.

2

4

4

16

26

Методы расчета электрических нагрузок. Компенсация реактивной мощности. Выбор электрооборудования напряжением выше 1 кВ.

2

4

8

51

63

И Т О Г О:

8

8

16

101

135

  

4 СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ и вопросы для самопроверки по разделам дисциплины

 4.1 Введение в дисциплину. Место курса в учебном процессе.

Основные тенденции в современных схемах электроснабжения потребителей электрической энергии. Особенности электроснабжения электроприемниов в различных отраслях промышленности.

 4.2 Режимы напряжения в электрических сетях предприятий.

Согласно ГОСТа основными показателями качества электроэнергии являются отклонения, колебания и несинусоидальность напряжения, которые при превышении ими допустимых величин приводят к ущербу в работе электроприемников и системы электроснабжения в целом.

Вопросы для самопроверки:

а) Показатели качества электроэнергии согласно ГОСТа. Как рассчитать отклонения, колебания и несинусоидальность напряжения?

б) Как превышение этих показателей над допустимыми величинами влияет на работу потребителей электроэнергии?

в) Что является причиной превышения перечисленных величин сверх допустимых значений?

г) Каковы допустимые значения этих показателей согласно ГОСТа и как можно снизить величины этих показателей до уровня допустимых значений?

 

4.3 Режимы нейтралей электроустановок. Режимы нейтралей генераторов и трансформаторов. Применение изолированной нейтрали в сетях с малыми токами однофазного замыкания на землю в сетях напряжением 6 - 35 кВ. Применение глухозаземленной нейтрали в сетях с большими токами однофазного замыкания на землю в сетях напряжением выше 1 кВ. Влияние режима нейтралей на устройство защитных заземлений в электрических сетях.

Вопросы для самопроверки:

а) Дайте определение изолированной и глухозаземленной нейтрали, приведите схемы.

б) Когда применяются режимы изолированной нейтрали? Назовите основные достоинства и недостатки этого режима.

в) Когда применяются глухозаземленные нейтрали? Назовите основные достоинства и недостатки этого режима.

г) На что влияют связи нулевых точек нейтралей машин и трансформаторов?

д) Как меняются напряжения неповрежденных фаз в случае однофазного замыкания на землю и как на эти значения влияет режим нейтрали?

е) При каких значениях тока однофазного замыкания на землю (Iс) применяются дугогасящие катушки и как они рассчитываются?

ж) Как приближенно можно определить Iс – ток однофазного замыкания на землю?

з) Как можно уменьшить величину тока однофазного к.з. в системе с глухозаземленной нейтралью?

и) Какова область применения режима изолированной нейтрали? Какова длительность работы с заземленной фазой согласно ПТЭ?

 

4.4 Электробезопасность в электроустановках. Заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов - области их применения, назначение и предъявляемые требования?

Требования, предъявляемые к конструктивному выполнению и к ограничению напряжения на заземляющих устройствах. Требования к величине сопротивлений заземляющих устройств.

Вопросы для самопроверки:

а) Как разделяются электроустановки в отношении мер электробезопасности?

б) Что называется заземлением какой-либо части электроустановки?

в) Что такое рабочее заземление?

г) Что такое защитное заземление?

д) Что такое зануление?

е) Что называется замыканием на землю?

ж) Что такое заземляющие устройства (З.У.), заземлитель и заземляющий проводник?

з) Что называют зоной растекания и зоной нулевого потенциала?

и) Что такое напряжение прикосновения и шаговое напряжение?

к) Что такое сопротивление З.У.?

л) Что такое защитное отключение, двойная изоляция электроприемников, малое напряжение и разделительный трансформатор?

м) Что такое естественные и искусственные заземлители?

 

4.5 Схемы внешнего электроснабжения: районные, промышленные, городские и сельские. Схемы внутризаводского распределения электроэнергии: кабельные линии и токопроводы напряжением 6-35 кВ. Типы схем, их конструктивное выполнение, достоинства и недостатки.

Вопросы для самопроверки:

а) Блочная прокладка кабелей, ее преимущества и недостатки, схемы исполнения.

б) Прокладка кабелей в земляных траншеях, ее преимущества и недостатки, схемы исполнения.

в) Прокладка кабелей в каналах, ее преимущества и недостатки, схемы исполнения.

г) Прокладка кабелей в туннелях, ее преимущества и недостатки, схемы исполнения.

д) Прокладка кабелей на эстакадах, ее преимущества и недостатки, схемы исполнения.

е) Токопроводы, преимущества и недостатки, схемы исполнения.

ж) Назначение и особенности электроснабжения от районных сетей.

з) Назначение и особенности электроснабжения от промышленных сетей.

и) Назначение и особенности электроснабжения от городских сетей.

к) Назначение и особенности электроснабжения от сельских сетей.

 

4.6 Методы расчета электрических нагрузок. Основные методы (метод коэффициента спроса и метод коэффициента максимума) и вспомогательные методы (метод удельной мощности на единицу продукции и метод удельной нагрузки на единицу производственной площади). Расчеты компенсации реактивной мощности. Баланс реактивной мощности на предприятии. Условия выбора батарей конденсаторов и схемы их подключения к сети.

Вопросы для самопроверки:

а) Метод коэффициента спроса: основные формулы, области применения достоинства и недостатки.

б) Метод коэффициента максимума: основные формулы, области применения достоинства и недостатки.

в) Метод удельной мощности на единицу продукции: основные формулы, области применения достоинства и недостатки.

г) Метод удельной нагрузки на единицу производственной площади: основные формулы, области применения достоинства и недостатки.

д) Назначение расчета электрических нагрузок.

е) Основные места определения электрических нагрузок на предприятиях.

ж) Мероприятия по уменьшению потребления реактивных мощностей и коэффициенты мощности.

з) Баланс реактивной мощности.

и) Источники и потребители реактивной мощности.

к) Физическая сущность реактивной мощности.

л) Способы регулирования мощности конденсаторных установок.

м) Схемы присоединения БК к шинам напряжением до и выше 1 кВ.

 

4.7 Выбор электрооборудования напряжением выше 1 кВ. Условия выбора и проверки: выключателей и высоковольтных предохранителей, трансформаторов тока и напряжения, кабельных линий, выключателей нагрузки, ограничителей перенапряжения, трансформаторов собственных нужд и контрольно-измерительных приборов.

Вопросы для самопроверки:

а) Условия выбора и проверки высоковольтных выключателей. Основные типы и области применения выключателей в зависимости от типа.

б) Условия выбора и проверки высоковольтных предохранителей. Основные типы и области применения.

в) Условия выбора и проверки трансформаторов тока. Основные типы и назначение.

г) Условия выбора и проверки трансформаторов напряжения. Основные типы и назначение.

д) Условия выбора и проверки кабельных линий. Основные типы, области применения в зависимости от их конструктивных особенностей и требований условий окружающей среды.

е) Условия выбора и проверки выключателей нагрузки. Основные типы, области применения и назначение.

ж) Условия выбора и проверки ограничителей перенапряжения. Основные типы, назначение и области применения.

з) Условия выбора и проверки трансформаторов собственных нужд. Основные типы и области применения.

и) Условия выбора и проверки контрольно-измерительных приборов.

 

5 практические занятия 

         5.1 Особенности расчета электрических нагрузок при разных питающих схемах и уровнях сетевого напряжения.

         5.2 Расчеты токов короткого замыкания на различных ступенях напряжения предприятия. Особенности расчета ткз в зависимости от схемы соединения нейтрали.

         5.3 Составление схем замещения питающей сети.

         5.4 Основные и вспомогательные методы расчета электрических нагрузок.

         5.5 Расчет электрических нагрузок цеховых трансформаторных подстанций. Расчет числа и мощности цеховых ТП.

         5.6 Расчеты компенсации реактивной мощности на всех ступенях напряжения.

         5.7 Выбор и проверка коммутационного оборудования и питающих кабелей в сети напряжением до 1 кВ.

         5.8 Выбор и проверка коммутационного оборудования и питающих кабелей в сети напряжением выше 1 кВ.

 

6 Лабораторные работы 

         6.1 Компенсация реактивных нагрузок в системах электроснабжения промышленных предприятий (2 часа).

         6.2 Исследование различных режимов работы системы электроснабжения предприятия  (2 часа).

         6.3 Исследование и регулирование уровней напряжения в схеме электроснабжения промышленных предприятий (2 часа).

         6.4 Исследование схем кремниевой преобразовательной подстанции электролизного производства (2 часа).

 7 Курсовая работа

и методические указания к ее выполнению

 7.1 Оформление курсовой работы 

Курсовая работа выполняется в ясной и сжатой форме на стандартных листах формата А4 (210´297). В записке к курсовой работе должны быть приведены все расчеты и кратко изложены основные, принципиальные положения, поясняющие принятые в работе решения. Записи ведутся темными чернилами, рисунки – карандашом, либо работа оформляется на компьютере и распечатывается 12 или 14 кеглем с одинарным интервалом.

Содержание записки

§                   исходные данные с указанием схем, рисунков и всех параметров;

§                   составление схем замещения сети;

§                   решение задачи;

§                   основные выводы и результаты работы (результаты расчетов могут оформляться в виде таблиц и графиков);

§                   чертежи.

 

7.2 Защита курсовой работы

 

К защите допускается студент, выполнивший весь объем работы и оформивший пояснительную записку, оформленную по вышеуказанным требованиям. Записка обязательно должны содержать все пункты, указанные в п. 7.1.

Защита работы считается успешной при полном ответе на заданные преподавателем вопросы, знании теоретической части и выполнении всех пунктов работы.

 

        7.3 Задание на курсовую работу

 

В курсовой работе решается комплекс вопросов, связанных с проектированием электроснабжения условного предприятия по упрощенной методике при напряжении выше 1 кВ.

Электроснабжение промышленного предприятия осуществляется от подстанции энергосистемы со следующими параметрами на ее шинах: мощность короткого замыкания Sк.з. и напряжение U1. Электроэнергия от подстанции энергосистемы до условного предприятия передается по двухцепной воздушной линии электропередач напряжением U1 и длиной l0. На предприятии сооружается главная понизительная подстанция (ГПП) с двумя трансформаторами мощностью S2 каждый, имеющими напряжение короткого замыкания Uк и понижающими напряжение U1 до величины U2.

На шинах ГПП должен поддерживаться заданный нормативный коэффициент реактивной мощности tgjэ. Экономическая плотность тока для распределительной сети предприятия составляет jэ. Исходные данные системы внешнего электроснабжения выбираются согласно начальной буквы фамилии студента и приведены в таблице 1.

К шинам ГПП напряжением U2 подключена высоковольтная нагрузка в виде синхронных двигателей (СД), каждый из которых имеет следующие параметры: номинальная активная мощность Рн и коэффициент загрузки по активной мощности. Общее количество СД задано (N), длина линий от ГПП до СД l6. Данные для СД принимаются из таблицы 2 и выбираются по сумме двух последних цифр номера зачетной книжки студента.

Кроме того, к шинам ГПП по кабельным линиям подключаются пять цеховых трансформаторных подстанций (ТП), имеющие следующие данные: Sн - номинальная мощность трансформатора, кз - коэффициент загрузки ТП, tgj - коэффициент реактивной мощности на шинах ТП напряжением U3 = 380 В, l1-5 - расстояния от шин ГПП до соответствующей ТП.

Данные по ТП принимаются по таблице 3 и выбираются по последней цифре номера зачетной книжки студента.

Схема электроснабжения условного предприятия представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 - Однолинейная схема электроснабжения предприятия


Таблица 1 - Исходные данные

Исходные данные

Начальная буква фамилии студента

А, Д, Ф

В, Г, Я

Б, Е, Х

З, И, Л

Ж, К, Э

М, О, Ц

Н, П

Р, Т, У

С, Ч, Ю

Ш, Щ,

Sк.з, МВА

1400

480

1600

400

1200

700

2000

600

1800

500

U1, кВ

110

35

110

35

110

35

220

35

220

35

lo, км

22

6

15

8

18

10

25

12

20

4

UК, %

10,5

7,5

10,5

10,0

10,5

7,5

10,5

14,0

10,5

8,0

S2, МВА

4,0

6,3

10,0

16,0

25,0

4,0

32

10,0

40

25,0

U2, кВ

10

10

6

6

10

10

10

6

10

10

tg jэ

0,1

0,15

0,05

0,2

0,25

0,3

0,1

0,2

0,15

0,3

jэ, А/мм2

1,6

1,4

1,2

1,6

1,4

1,2

1,6

1,4

1,2

1,6

 

Таблица 2 - Исходные данные

Исходные данные

Сумма двух последних цифр номера зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

5

16

17

18

Рн, кВт

2000

1600

1250

1000

800

630

2000

1250

800

630

2000

1600

1250

1000

800

630

2000

1250

800

N, шт

4

2

4

4

6

6

2

2

4

4

4

2

4

4

6

6

2

2

4

b

0,7

0,8

0,9

0,8

0,9

0,7

0,8

0,7

0,9

0,8

0,7

0,8

0,9

0,8

0,9

0,7

0,8

0,7

0,9

l6, м

300

250

200

150

100

50

350

400

450

100

300

250

200

150

100

50

350

400

450

Элемент схемы для подробного расчета

ТП-1

ТП-3

ТП-4

ТП-5

СД

ТП-1

ТП-3

ТП-4

ТП-5

СД

ТП-1

ТП-3

ТП-4

ТП-5

СД

ТП-1

ТП-3

ТП-4

ТП-5

 


     Таблица 3 - Исходные данные

Исходные данные

Последняя цифра номера зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ТП-1

Sн, кВА

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

Кз

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

tgj

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

0,9

0,8

0,7

0,6

l1, м

50

100

150

200

250

300

350

400

300

200

ТП-2

Sн, кВА

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

Кз

0,7

0,65

0,6

0,55

0,5

0,7

0,65

0,6

0,55

0,5

tgj

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

l2, м

200

150

300

250

400

100

200

50

150

250

ТП-3

Sн, кВА

630

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

630

Кз

0,6

0,65

0,7

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,5

0,55

tgj

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

l3, м

200

250

100

150

50

300

200

350

250

150

ТП-4

Sн, кВА

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

Кз

1,0

0,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

0,65

0,6

0,55

tgj

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

l4, м

450

350

400

300

50

350

100

150

200

400

ТП-5

Sн, кВА

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

1000

630

1600

Кз

0,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

0,65

0,6

0,55

1,0

tgj

1,5

0,6

1,4

0,7

1,3

0,8

1,2

0,9

1,0

1,1

l5, м

100

300

200

350

100

150

50

100

400

50

 


Требуется:

7.3.1 Определить расчетные нагрузки по каждой цеховой ТП.

7.3.2 Определить коэффициенты загрузки ТП в нормальном и аварийном (при отключении одного из трансформаторов на ТП1-ТП3) режимах.

7.3.3 Для ТП, имеющих коэффициент загрузки в нормальном режиме Кзн > 0,8 (для ТП1-ТП3) и Кзн > 0,9 (для ТП4 и ТП5) необходимо выбрать батареи конденсаторов на напряжении Uз = 380 В.

7.3.4 Определить полные нагрузки по каждой ТП с учетом компенсации реактивной мощности на напряжении U з = 380 В (если таковая выполнялась) и их коэффициенты загрузки в обоих режимах.

7.3.5 Определить приближенно потери в цеховых трансформаторах.

7.3.6 Найти нагрузку по каждой ТП с учетом потерь мощности в трансформаторах.

7.3.7 Определить суммарные активные и реактивные расчетные нагрузки по всем ТП.

7.3.8 Определить расчетные активные и реактивные нагрузки СД.

7.3.9 Определить через коэффициент совмещения максимума суммарную расчетную активную нагрузку на шинах ГПП.

7.3.10 Выбрать, исходя из условия баланса реактивных мощностей на шинах ГПП, батареи конденсаторов напряжением U2 (с учетом 10 ¸ 15 %-го резерва реактивной мощности на шинах ГПП и заданного значения tgjэ).

7.3.11 Произвести расчет токов короткого замыкания на шинах ГПП в относительных единицах.

7.3.12 Выбрать кабели распределительной сети напряжением U2.

7.3.13 Выбрать высоковольтную аппаратуру и контрольно-измерительные приборы для одного из элементов схемы (согласно варианту задания).

7.3.14 Начертить однолинейную схему электроснабжения условного предприятия (согласно ГОСТ) с указанием устройств релейной защиты и контрольно-измерительных приборов, а также марки, сечения и длины кабельных линий и выбранного оборудования.

 

        7.4 Методические указания к выполнению курсовой работы

 

Расчетные нагрузки по каждой цеховой ТП определяются по формулам: активные Рм, кВт

Рм = К3´n´Sн´Cosj ;

реактивные Qм, квар

Qм = Рм ´ tgji;

полные Sм, кВА

Sм = .

Коэффициенты загрузки ТП определяются в зависимости от режима. Для нормального режима работы двухтрансформаторной цеховой подстанции (Кзн)

;

для однотрансформаторных подстанций (Кзн)

.

В аварийном режиме работы рассчитываются коэффициенты загрузки (Кза) только для ТП1-ТП3

.

Для случаев, когда Кзн превышает требуемые значения необходимо произвести выбор низковольтных батарей конденсаторов (НБК) и пересчитать Кзн (только для тех ТП, для которых производился выбор НБК).

Установка НБК производится для повышения фактического cosj сети, повышения уровня напряжения на шинах 0,4/0,23 кВ и снижения коэффициента загрузки трансформаторных подстанций до требуемых по надежности электроснабжения потребителей значений (для двухтрансформаторных подстанций (ТП1-ТП3) Кзн ≤ 0,8 и для однотрансформаторных подстанций (ТП4, ТП5) Кзн ≤ 0,9).

Определение полных нагрузок по каждой ТП с учетом компенсации реактивной мощности на напряжении Uз = 380 В производится по формуле

Sм=,

где  - суммарная номинальная мощность установленных низковольтных батарей конденсаторов на рассматриваемой ТП, квар.

Тогда с учетом установки НБК К’зн можно определить по формуле

,

где n - количество трансформаторов рассматриваемой ТП, шт.

Приближенно потери мощности в трансформаторах можно определить по формулам

DР = 0,02 ´ Sм, кВт;

DQ = 0,1 ´ Sм, квар.

Нагрузка каждой ТП с учетом потерь мощности в трансформаторах и установленных НБК производится по формулам

,

,

Sтпi=.

 

где i - номер соответствующей ТП.

Суммарные активные (Рå, кВт), реактивные (Qå, квар) и полные (Så, кВA) расчетные нагрузки по всем ТП определяются как

Рå = åРтп;

Qå = åQтп;

Så = åSтп;

Расчет активной и реактивной расчетных мощностей синхронных двигателей производится по формулам

Рсдå = N×b×Рн , кВт,

Qсдå = Рсдå ´tgjн.

Через коэффициент совмещения максимума (Ксм = 0,9 ¸ 0,95) определяется суммарная расчетная активная нагрузка на шинах ГПП

Рр гпп = Ксмå + Рсдå).

По условию баланса реактивных мощностей на шинах ГПП производится выбор высоковольтных батареи конденсаторов (ВБК) напряжением U2. Выбор производится с учетом 10 ¸ 15%-го резерва реактивной мощности на шинах ГПП, а также с учетом реактивной мощности передаваемой от энергосистемы (Qэ, квар), соответствующей требуемому tg jэ.

Резерв реактивной мощности на шинах ГПП определяется как

Qрез = (0,1¸0,15)´Qå.

Реактивная мощность энергосистемы рассчитывается по формуле

Qэн.сис. = tgjэ´ Рр гпп.

Тогда из условия баланса реактивной мощности на шинах ГПП мы можем определить расчетную мощность ВБК

Qвбк = Qå.+ Qрез - Qсдå - Qэн.сис - Qнбк,

При этом мощность СД может учитываться со знаком «+» (двигатели в режиме потребления реактивной мощности) и со знаком «-» (двигатели в режиме генерации реактивной мощности). При расчетах следует стремиться к нулевому балансу. Если этого достичь не удается, то к полученному расчетному значению подбираются ВБК стандартной мощности, но с учетом равномерности загрузки шин ГПП.

Расчет токов короткого замыкания на шинах ГПП производится в относительных единицах. Для расчета необходимо составить схему замещения и определить все ее параметры. Расчет начинают с выбора пары базисных величин, например Sб (МВА) и Uб (кВ), тогда базисный ток короткого замыкания (кА) может быть определен как

.

Далее согласно рисунку 1 строится схема замещения представленная на рисунке 2 и определяются все ее параметры.

 

,

,

,

,

,

где практически все величины в формулах являются исходными и справочными данными.

Для определения сопротивления ЛЭП необходимо первоначально произвести выбор линии, а затем по справочным данным определить ее удельное сопротивление.

Выбор ЛЭП проводим в следующем порядке. Определяем мощность, протекающую по ЛЭП и токи линии:

,

                ,

.

Выбор сечение проводов ЛЭП проводится по экономической плотности тока

.

Принимаются по справочным данным ближайшее стандартное значение сечения и выписываются параметры ЛЭП (марка провода, ,  и ) и выбранная линия проверяется по условиям

,

и по условию минимально допустимого сечения на корону (для ЛЭП 110 кВ  - 70 мм2 и для ЛЭП 220 кВ – 240 мм2).

Для определения сопротивления кабельной линии от ГПП к СД необходимо сначала произвести выбор КЛ по условиям указанным ниже.

Если какое-либо условие не выполняется, то принимается линия большим сечением.

         При расчетах следует обратить внимание на соответствие единиц измерения одноименных величин.

После определения всех параметров схемы замещения мы можем определить токи трехфазного короткого замыкания (кА)

,

,

.

Ударный ток короткого замыкания (кА) равен

,

где  - ударный коэффициент, в сети 6-10 кВ принимаемый равным 1,8.

Выбор и поверка кабелей распределительной сети напряжением U2 проводится в следующей последовательности:

а) определяется экономически целесообразное сечение провода, мм2,

,

где величины расчетного и аварийного токов (A) выбираемой кабельной линии могут быть определены

,

,

но эти формулы справедливы только для ТП1-ТП3, для ТП4, ТП5 и СД величина аварийного тока не определяется, а расчетный рассчитывается по формуле

;

б) к рассчитанному  подбирается по справочнику ближайшее стандартное значение сечения и выписываются параметры кабеля (марка КЛ, ,  и );

в) далее необходимо проверить выбранную КЛ в нормальном режиме и режиме длительной перегрузки по условиям

,

;

         г) затем осуществляется проверка устойчивости КЛ к воздействию токов короткого замыкания по условию

,

где  - величина фактически выбранного сечения, мм2;  - величина минимально допустимого сечения определяемая по формуле

,

где  - коэффициент зависящий от материала жил КЛ (для меди 9 и для алюминия 12);  - ток трехфазного короткого замыкания, кА;  - время срабатывания защитного аппарата КЛ, с;

         д) последняя проверка кабеля по потерям напряжения в нем выполняется по условию

,

где  - величина допустимых потерь напряжения, составляющая 5 % от уровня номинального напряжения, а  - величина расчетных потерь напряжения, вычисляемых по формуле

,

где  и  - это соответственно активная и реактивная мощности, протекающие по кабельной линии, а  и  соответственно активное и реактивное сопротивления кабельной линии, определяемые произведением удельного сопротивления КЛ на ее длину.

         Если хотя бы одно условие не выполняется, то следует выбрать кабель большего сечения и вновь проверить его по всем условиям.

Выбор высоковольтной аппаратуры и контрольно-измерительных приборов производится для одного из элементов схемы согласно заданию.

Для всех перечисленных в задании элементов схемы для подробного разбора следует выбрать: высоковольтный выключатель, трансформаторы тока и напряжения, и при необходимости выключатели нагрузки (для ТП1-ТП3).

Выбор высоковольтных выключателей проводят по условиям:

Паспортные данные

 

Расчетные данные

UH, кВ

³

UH, кВ

IН, А

³

IАВ, А

IОТК, кА

³

IКЗ, кА

iДОП ПР, кА

³

iУД, кА

Выбор выключателей нагрузки проводят по условиям:

Паспортные данные

 

Расчетные данные

UH, кВ

³

UH, кВ

IН, А

³

IАВ, А

IОТК, кА

³

IКЗ, кА

Выбор трансформаторов напряжения проводится по: Uном установки, S2å, конструкции и схеме соединения обмоток, классу точности и согласно условиям:

Uуст  £ Uном,

S2å  £ Sном,

где

Затем определяется нагрузка ТН (учитываются все контрольно-измерительные приборы, подключаемые ко вторичной обмотке), например, как в таблице 4.

 

Таблица 4 - Выбор ТН

Прибор

Тип прибора

Sоб-ки , ВА

Число об-к

cosj

sinj

Число приборов, шт.*

Робщ , Вт

Q общ , вар

V

Э-335

2

2

1

0

2

8

-

W

Д-335

1,5

2

1

0

1

3

-

Var

И-335

1,5

2

1

0

1

3

-

Wh

СА3-И681

3 Вт

2

0,38

0,925

7

42

102,2

Varh

СР4-И689

3 вар

2

0,38

0,925

7

42

102,2

Итого

 

98

204,4

* - количество приборов зависит от конфигурации схемы электроснабжения (изменяется число Wh и Varh в зависимости от числа установленных СД и ВБК).

 

Далее задаемся типом ТН, и проводим проверку по условиям

Uн ТН, кВ ³

Uр ТН, кВ

Sн 2, ВА ³

Sр 2, ВА

Схема соединения обмоток

Выбор трансформаторов тока проводится по: Uном, Iном, iуд, вторичной нагрузке, конструкции, классу точности и с проверкой по следующим условиям:

Uуст  £ Uном,

Iнорм £ Iном,

Imax  £ Iном,

iуд £ Ö2 Rэд I1 ном,

Sн2  Sнагр расч.

где iуд – ударный ток к.з., кА; Rэд – кратность электродинамической стойкости; I1 ном – номинальный первичный ток ТТ, А.

Определение нагрузки трансформаторов тока представлено в таблице 2.11, а сравнение рабочих и номинальных характеристик в таблице 5.

Далее задаемся типом ТТ и рассчитываем вторичную нагрузку. Сопротивление вторичной нагрузки состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов:

R2=Rприб+Rпров+Rк-тов,

Таблица 5 - Выбор ТТ (в ячейки согласно заданию)

Прибор

Тип

А, ВА

В,ВА

С, ВА

A

Э-350

0,5

0,5

0,5

Wh

САЗ-И681

2,5

2,5

2,5

Varh

СР4-И689

2,5

2,5

2,5

W

Д-355

0,5

-

0,5

Var

Д-345

0,5

-

0,5

Итого

 

6,5

5,5

6,5

 

Сопротивление приборов определяется по формуле

где Sприб. – мощность, потребляемая приборами, ВА; I2 – вторичный номинальный ток прибора, А.

Допустимое сопротивление проводов равно

,

Тогда сечение может быть определено

.

По справочной литературе принимаем провод ближайшего сечения и по этому значению рассчитываем максимальную мощность вторичной нагрузки

S2=R2´, ВА.

 

Проверка выбранного ТТ

Расчетные величины

Паспортные данные

Uр, кВ

≤ Uн, кВ

Iав, А

≤ Iн, А

iуд, кА

≤ Iдин, кА

S2 р, ВА

≤ S2 н, ВА

 

После проведенных расчетов и выбора оборудования строиться однолинейная схема замещения и все выбранное оборудование заносится на схему.

         После выполнения всех расчетов и выбора оборудования выполняется графическая часть курсовой работы. Требуется начертить однолинейную схему электроснабжения условного предприятия (согласно ГОСТ) с указанием устройств релейной защиты и автоматики, контрольно-измерительных приборов, типа выбранного оборудования (трансформаторов цеховых подстанций, ТТ, ТН, выключателей отходящих линий и выключателей нагрузки), а также марки, сечения и длины кабельных линий.

Список рекомендуемой литературы

1. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 2005. - 640 с.

2. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для студентов высших учебных заведений /Б.И. Кудрин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 672 с.

3. Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях. - М.: Энергия, 1997. - 72с.

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т1 Электроснабжение / Под редакцией А.А. Федорова. - М.: Москва, 1986.- 568 с.

5. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т2 Электрооборудование / Под редакцией А.А. Федорова. - М.: Энергоиздат, 1987. - 591 с.

6. Справочник по проектированию электроснабжения / Под редакцией Ю.Г. Барыбина. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 579 с.

7. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под редакцией Ю.Г. Барыбина - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 464 с.

8. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебник для проф. Учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001. – 336с: ил.

9. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учебное пособие для сред. проф. Образования. – М., 2001. – 320с.

10. Киреева Э.А. и др. Электроснабжение цехов промышленных предприятий. – М.: НТФ Энергопрогресс, Энергетик, 2003. – 120с.

11. Киреева Э.А. Справочные материалы по электрооборудованию (цеховые электрические сети, электрические сети жилых и общественных зданий).- 2004.

12. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов. – 4 изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.  - 608с.: ил.

 

Приложение А

Данные трансформаторов

 

Тип трансформатора

Номинальная мощность, кВА

Номинальное напряжение, кВ

Напряжение к.з. трансформатора, %

Потери активной мощности в трансформаторе, кВт

высокое

низкое

холостого хода

короткого замыкания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Б

 

Данные синхронных двигателей

 

Тип синхронного двигателя

Номинальное напряжение, кВ

Номинальная мощность, кВт

Cosj

х''d

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение В

Данные батарей конденсаторов

 

Тип батареи конденсаторов

Номинальное напряжение, кВ

Номинальная мощность, квар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Г

 

Данные проводов

 

Марка провода

Номинальное напряжение, кВ

Сечение, мм2

Допустимый ток, А

Удельное активное сопротивление, Ом/км

Удельное реактивное сопротивление, Ом/км

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Д

Данные кабельных линий

 

Марка кабельной линии

Номинальное напряжение, кВ

Сечение, мм2

Допустимый ток, А

Удельное активное сопротивление, Ом/км

Удельное реактивное сопротивление, Ом/км

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Е

Данные выключателей

 

Тип выключателя

UH, кВ

IН, А

IОТК, кА

iДОП ПР, кА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Ж

Данные выключателей нагрузки

 

Тип выключателя

UH, кВ

IН, А

IОТК, кА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение З

Данные ТТ

 

Тип ТТ

Uн, кВ

Iн1, А

Iн2, А

Iдин, кА

S, ВА

Класс точности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение И

Данные ТН

 

Тип ТН

Uн1, кВ

Uн2, кВ

S, ВА

Класс точности

Схема соединения обмоток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение К

Данные контрольно-измерительных приборов

 

Условное обозначение прибора

Тип прибора

Мощность потребляемая одной обмоткой, Sоб-ки , ВА

Число обмоток, шт.

cosj

sinj

Места установки приборов

V

Э-335

2

2

1

0

 

W

Д-335

1,5

2

1

0

 

Var

И-335

1,5

2

1

0

 

Wh

СА3-И681

3 Вт

2

0,38

0,925

 

Varh

СР4-И689

3 вар

2

0,38

0,925

 

Итого