Методические указания - Системы электроснабжения - файл n1.doc

приобрести
Методические указания - Системы электроснабжения
скачать (420 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc420kb.26.08.2012 14:47скачать

n1.doc

  1   2   3   4


Министерство образования Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

Кафедра электроснабжения и электротехники



СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к практическим занятиям


для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 100400

Тверь 2002



Методические указания разработаны в соответствии с государственным образовательным стандартом направления 5517, специальность 100.400. Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения.

Методические указания обсуждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры ЭС и Э (протокол №7 от 28 февраля 2002 г.).


СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Методические указания к практическим занятиям

для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 100 400
ВВЕДЕНИЕ


Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности 100400 всех форм обучения. Они соответствуют рабочим программам и могут быть использованы для проведения практических занятий и выполнения контрольных работ.

Первый раздел указаний содержит индивидуальные задания для самостоятельной работы студентов. Часть задач решается студентами дважды: сначала без использования компьютерной техники, а затем – с помощью персональных компьютеров (ПВМ). Полученные результаты сравниваются. Методика решения задач на ПВМ рассматривается в отдельно издаваемых указаниях.

Во втором разделе приведены методические указания для выполнения индивидуальных (контрольных) заданий.

Приложение содержит исходные данные для индивидуальных (контрольных) работ и некоторые справочные материалы.

Вариант индивидуального задания предлагается преподавателем или принимается в соответствии с номером зачётной книжки студента по схеме: последняя цифра номера соответствует варианту по таблицам П1, П7, П8, П9, предпоследняя цифра – варианту по таблице П2, третья справа цифра – варианту по таблице П3.


  1. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ


Задание №1. Определить оптимальный вариант схемы электроснабжения цеховых распределительных пунктов РП1 и РП2 (рис. 1). Категория потребителя 3, число рабочих смен – 1. Исходные данные приведены в таблицах П1 и П2, справочные данные – в таблицах П4 … П6.

Задание №2. Выбрать мощность силового трансформатора цеховой подстанции, используя результаты решения задачи №1.

Задание №3. Выбрать и проверить защитную аппаратуру цеховой электросети, используя результаты решения задач №1 и №2 и исходные данные, приведенные в таблице П3.

Задание №4. Для сварочного участка (рис. 2) со стационарными сварочными машинами выбрать мощность силового трансформатора, схему электроснабжения с использованием распределительных пунктов, марку и сечение проводников, защитную аппаратуру. Исходные данные приведены в таблице П7.

Задание №5. Для схемы рис.3 определить степень загрузки батареи конденсаторов (БК) токами высших гармоник и предложить меры по ограничению уровня этих гармоник. Исходные данные приведены в таблице П8.

Задание №6. Для схемы рис.4 рассчитать симметрирующее устройство. Исходные данные приведены в таблице П9.






а. Радиальная схема б. Комбинированная схема
Рис.1 Схема электроснабжения цеха





Рис. 2. План расположения оборудования сварочного участка




G
110 кВ
T1


L
6-10 кВ

Б



Рис.3. Схема главной понизительной подстанции





Q1 Q2 Q3

T
Рис.4. Схема подключения однофазной установки: 1 – печь электрошлакового переплава; 2 – симметрирующее устройство; 3 – симметричная нагрузка


  1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
2.1. Задание №1

Из двух вариантов (рис. 1а, б) оптимальным можно считать тот, приведенные затраты по которому меньше [ 1 ]:

З = ЕнxК + И + У, руб./год,

где Ен – нормативный коэффициент эффективности, принимаемый равным 0,12 1/год, что соответствует сроку окупаемости капитальных вложений 1/Ен = 8,3 года; К – капиталовложения с учетом стоимости оборудования, строительной части и монтажа, руб.; И – ежегодные издержки эксплуатации при нормальной работе оборудования, руб./год; У – ущерб от перерывов электроснабжения, обусловленный возможностью отказа электрооборудования, руб./год.

Для сравнения вариантов необходимо предварительно выбрать элементы электрической сети, для чего следует произвести расчет электрических нагрузок.

Общая методика определения расчетных электрических нагрузок всех уровней электроснабжения приведена в [1].

I уровень – это линии электрической сети, связывающие отдельные элетроприемники (ЭП) с распределительным пунктом (РП) или шинопроводом (ШР), к которому они подключены.

PMI = КЗНОМ, кВт,

QMI = PMIxtg НОМ, квар,

где РНОМ - номинальная мощность ЭП, кВт; tgНОМ - номинальный коэффициент реактивной мощности; Кз – коэффициент загрузки ЭП по активной мощности.

Для электродвигателей (ЭД) длительного режима работы РНОМПАСП, где РПАСП - номинальная мощность на валу, а для повторно-кратковременного режима (ПКР) РНОМПАСПx?ПВ, где ПВ – паспортная продолжительность включения двигателя в относительных единицах (о.е.).

На II уровне электроснабжения, включающем в себя линии распределительной сети напряжением до 1000 В, обеспечивающие связь РП и ШР с цеховой трансформаторной подстанцией (ЦТП), расчетная нагрузка выбирается по методу упорядоченных диаграмм.

РМII = КМx?КИiНОМi, кВт,

QМII = КМQx?КИiНОМi xtg?СМi, квар,

где Киi - коэффициент использования отдельного ЭП, входящего в группу; KM, KMQ - коэффициент максимума группы ЭП по активной и реактивной мощности соответственно; tg?СМi - среднесменный коэффициент реактивной мощности отдельного ЭП.

На основании расчетной нагрузки II уровня выбирается питающая сеть, например, линии W17…W20 и магистральные шинопроводы (ШМ), которые в данных задачах не рассматриваются, но могут быть введены в задание по указанию преподавателя.

Расчет производится отдельно для каждого узла нагрузки – РП, ШР. При этом KM = f(nЭИГР), где nЭ - эффективное число ЭП в группе; КИГР - групповой коэффициент использования за наиболее загруженную смену.

nЭ = (?РНОМi )2 / ?Р2НОМi ,

КИГР = (?КИiНОМi) / ?РНОМi = РСМ / РНОМi,

где РСМ - среднесменная нагрузка за наиболее загруженную смену.

Используя значения nЭ, по справочным таблицам или графикам [1, 2] находят Км.

В ряде случаев Км = 1. Это справедливо для ЭП, имеющих КИ ? 0,6 и равномерный график нагрузки, например, для вентиляторов, дымососов, компрессоров, печей сопротивления и т.д. На этом этапе принимается постоянная времени нагрева проводников То = 10 мин = 1/6 часа.

КМQ = 1 при nЭ > 10 или КМQ = 1,1 при nЭ ? 10 .

Если расчетная нагрузка определяется в два этапа, что целесообразно при дипломном проектировании, то после выбора трансформаторов ЦТП и компенсирующих устройств (КУ) находят по справочникам фактические значения постоянной времени нагрева проводников (ТФО,час), пересчитывают Км на Кмt, уточняют значения PMII, QMII и сечения проводников II уровня электроснабжения.

Кмt = 1 + (Км - 1) / ? 6xТФО.

Выбор марок проводов и кабелей производится по рекомендациям, изложенным в [3,5]. Преимущественно используются алюминиевые проводники с бумажной, полимерной или резиновой изоляцией.

Сечение проводников в общепромышленных сетях напряжением до 1кВ выбирается по длительно допустимому току Iдд, после чего электрическая сеть проверяется по потере напряжения.

IДД ? IРАБ max = IМj, А,

где IРАБ max - максимальный рабочий ток линии, А; IМj - рабочий ток соответствующего уровня, А.

При расчетах следует учитывать способ прокладки проводников.

После выбора проводников производится их проверка по допустимой потере напряжения:

?U = ?(?3 x IМj x Rj x cos?j + ?3 x IМj x Xj x sin?j) =

= ?(PМj x Rj + QМj x Xj) / UНОМ, В,

где PМj, QМj - расчетная нагрузка соответствующего уровня, Вт, вар; Rj, Xj - активное и реактивное сопротивление соответствующих участков сети, Ом; UНОМ - номинальное напряжение, В.

В соответствии с [6] отклонение напряжения от номинального на зажимах АД допускается в пределах 5 %. При UНОМ = 380 В это составляет 19 В. Таким образом, напряжение у каждого ЭД должно быть в нормальном режиме в пределах от 361 до 399 В. Учитывая, что на шинах ЦТП U = 400 В, следует определить, находится ли напряжение на зажимах ЭД в заданных пределах. Если потеря напряжения окажется больше допустимой, следует увеличить сечение проводников.

Кроме того, в задании № 3 рассмотрены дополнительные условия проверки правильности выбора элементов электрической сети.

После этого для сравниваемых вариантов можно принять:

Ка - Кб = ?К = КF17 + KF18 + KW17 + KW18 – KF19 – KW19 –KW20.

Здесь допустимо считать КF17 = KF18 = KF19.

Стоимость элементов СЭС принимается по действующим каталогам, ценникам, или могут быть использованы данные табл. П.6.

Полагаем равными эксплуатационные расходы по вариантам, тогда:

Иа - Иб = ?И = СО х (?Ра -?Рб ), руб./год,

где ?Р - максимальные потери активной мощности, кВт; СО - стоимость максимальных активных потерь, руб./(кВтּгод).

Используем данные проведенных расчетов:

?И =СОx3 x (I2MW17 х RW17 + I2MW18 х RW18 - I2MW19 х RW19 - I2MW20 х RW20), где IMW - расчетный ток II уровня соответствующих линий; RW- активное сопротивление этих линий.

Ущерб от аварийного недоотпуска электроэнергии можно определить, например, по удельным показателям [1]:

Уа - Уб = ?У = УО х (?Wa - ?Wб), руб./год,

где УО - удельная составляющая ущерба, руб./(кВтּч); ?W- среднегодовая аварийно недоотпущенная электроэнергия по вариантам, кВтּ ч/год.

?W = WГОД x ?? x ТВ?, кВтּч/год,

где WГОД - годовое потребление электроэнергии, кВтּч/год; ?? - суммарный параметр потока отказов (частота отказов), 1/год; ТВ?, - суммарное среднее время восстановления после отказа, год.

Величину WГОД можно определить различными способами, например, по выражению:

WГОД = РСМ x tСМ x n, кВтּч,

где РСМ - среднесменная мощность, кВт; tСМ - продолжительность рабочей смены, час; n - число смен в году.

Тогда с достаточной для задачи степенью точности:

?У = УО x [ РСМ РП1 x (?F17 + ?W17 ) x ТВ?17 + РСМ РП2 x (?F18 + ?W18 ) x ТВ?18 - -РСМ РП1 x (?F19 + ?W19 ) x ТВ?19 - РСМ РП2 x (?F19 + ?W19 + ?W20) x ТВ?20] x tсм x n.

По условиям контрольного задания можно принять; tсм = 8 час; n = 320…340; ?i, ТВi - по [1] или по таблице П5, а значения ТВ?ј определяются выражением

ТВ?ј = (? (?i x ТВi) / ?? , год

где j - номер присоединения; i - номер элемента в присоединении при последовательном включении.

По результатам расчётов приведённых затрат следует указать оптимальный вариант схемы подключения РП1 и РП2
2.2. Задание №2

Решение производится с использованием результатов, полученных в задании №1.

В цеховых сетях 6…10 кВ при нагрузках 2 и 3 категорий и одно- двухсменной работе рекомендуется применение однотрансформаторных подстанций [1,3]. Это соответствует условиям контрольного задания.

Мощность цехового трансформатора ST следует выбирать, исходя из средней нагрузки за наиболее нагруженную смену (включая освещение), т.е. по SMIII, с учетом систематической перегрузки [1, 4].

Для контрольного задания достаточно использовать соотношение

ST ? SMIII , где SMIII - электрическая нагрузка третьего уровня, т.е. на шинах 0,4 кВ ЦТП.

РМIII = ? x ?КИi х РНОМi, кВт,

QMIII = ? x ?РСМi x tg?СМ i, квар,

SMIII = ?( РМIII)2 + (QMIII )2 , кВА,

где ? - справочный коэффициент избыточности технологического оборудования.

Мощность трансформатора уточняется с учётом необходимости установки компенсирующих устройств, которая определяется по формуле

QКУ = К x QМ -QЭ,

где QКУ, QМ, QЭ - соответственно реактивные мощности компенсирующего устройства, потребителя и передаваемая энергосистемой, квар; К – коэф-фициент, учитывающий несовпадение по времени максимумов QМ и QЭ , определяется по справочникам [1,2 ], допускается принять его значениение для контрольного задания 0,8…1.

Величина QЭ задается энергосистемой или рассчитывается:

QЭ = РМ x tg?Э,

где РМ - расчетная нагрузка потребителя, кВт; tg?Э- коэффициент реактивной мощности энергосистемы, допускается принять его значение для контрольного задания 0,2…0,4.

Если QКУ > 0, то дальнейший расчет проводится по методике [1].

Уточняется мощность трансформатора ЦТП:

ST ? PMIII / (? x NT),

где ? - коэффициент загрузки трансформатора по активной мощности, определяется условиями работы потребителя, он может быть принят в пределах 0,8…1.

Реактивная мощность, которую можно передать через выбранный трансформатор:

QT = ?( ST x ? x NT)2 - PM2.

Обычно в качестве КУ на промышленных предприятиях используются батареи конденсаторов (БК), которые могут устанавливаться на напряжение 6…10 кВ или 0,4 кВ.

Мощность низковольтных БК (НБК) равна:

QНБК = QНБК1 + QНБК2,

QНБК1 = QM - QT,

QНБК2 = QM - QНБК1 – ? x ST x NT,

где ? - справочный коэффициент [1]. Допускается для контрольного задания ? = 0,5.

Если QНБК1 < 0 или QНБК2 < 0, то их значения принимаются равными нулю.

При QНБК < QКУ, оставшаяся часть БК устанавливается на стороне 6…10 кВ.

Завершается задача выбором высоковольтного кабеля W21 (рис.1), который производится с учётом предполагаемого типа коммутационного аппарата Q (вакуумный, элегазовый, масляный выключатель или выключатель нагрузки с предохранителем). В первом случае кабель W21 выбирается по трём условиям, а во втором – только по двум первым:

IДД ? IРАБ max (FДД),

FЭ ? IРАБ max / јЭ,

FК ? с x IК(3) x ?tП,

где FДД, FЭ , FК - соответственно допустимое по нагреву, экономическое и термически стойкое сечение жил кабеля, мм2; jЭ - экономическая плотность тока, А/мм2; с - постоянный коэффициент, равный для алюминиевых жил 10…12, мм2 / (кА x ? с; IК(3)- ток трехфазного короткого замыкания (к.з.) за кабельной линией, кА; tП - приведенное время действия тока IК(3),с.

Значения jЭ и методика расчета tП приведены в справочниках, например [1]. С целью упрощения можно принять tП = 0,2…1,2 с.

При необходимости значение IК(3) определяется следующим образом. После выбора сечения W21 по двум первым условиям рассчитывается ток к.з. в точке К2:

IК2(3) = UНОМ / (?3 x ZК2) = UНОМ / (?3 x ?(XC + XW21)2 + R2W21 ,

где UНОМ = 10 кВ; ZК2- суммарное полное сопротивление до точки К2 от источника, Ом; XW21, RW21 - индуктивное и активное сопротивление линии W21, Ом; XC - сопротивление системы, Ом, до точки К1: XC = UНОМ /(?3 x IК1(3)), где IК1(3) принимается по таблице П3.

Полученное значение IК2(3) следует использовать для расчета FК.

При необходимости, следует повторить расчет при новых значениях сечения W21.

2.3. Задание №3

В задании рекомендуется для защиты отдельных ЭП использовать плавкие предохранители, а на линиях к РП – автоматические выключатели с комбинированным расцепителем. Их выбор рассмотрен в [8].

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, защищающего АД, выбирается по двум условиям:

IПВ НОМ ? IАД НОМ ,

IПВ НОМ ? КП х IАД НОМ / К ,

где IАД НОМ – номинальный ток АД; КП - кратность пускового тока; К = 1,6…2,5 – коэффициент, учитывающий условия пуска АД.

Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя IР НОМ и ток срабатывания отсечки (уставка электромагнитного расцепителя) IСО выбираются по условиям:

IР НОМ ? IРАБ max ,

IСО ? КЗ x IРАБ max ? IК min / КЧ,

где IРАБ max - максимальный рабочий ток присоединения; КЗ- коэффициент запаса, принимаемый по паспортным данным выключателя; IК min - минимальный ток к.з. в конце защищаемой зоны; КЧ- коэффициент чувствительности.

Обычно IК min = IK(1). В этом случае КЧ ? 1,25 для автоматов с IР НОМ ? 100 А, КЧ ? 1,4 для автоматов с IР НОМ < 100 А [8].

Аналогичная проверка проводится и для предохранителей. Если защита осуществляется от токов к.з. и перегрузки, то КЧ ? 3 и, кроме того, IДД ? IПВ НОМ, где IДД - длительно допустимый ток защищаемой линии. Если предохранитель защищает сеть только от токов к.з., то указанные условия необязательны при IПВ НОМ ? 3 x IДД.

Для выполнения проверки чувствительности защитных аппаратов следует провести расчёт токов короткого замыкания в цеховой электрической сети напряжением до 1000В. При этом учитываются: активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи, включая сопротивления контактов, токовых катушек электрических аппаратов и т.д.; сопротивление дуги RД в месте к.з.; влияние электродвигателей, непосредственно связанных с точкой короткого замыкания [1,7].

Значения R, Х элементов системы электроснабжения (СЭС) принимаются в соответствии с ГОСТ 28249-93 [7] или по справочникам [1,2], а для асинхронных электродвигателей рассчитываются:

RM = 0.63 x РНОМ x 106 / (КП x I НОМ)2,

Х"М = 5,86 x РНОМ x 106 / (КП x I НОМ)2,

где RM, Х"М - активное и сверхпереходное индуктивное сопротивление, мОм; РНОМ - номинальная мощность двигателя, кВт; I НОМ - номинальный ток двигателя, А; КП - кратность пускового тока , о.е.

Значение RД определяется по [1,7] или принимается RД = 15мОм [8].

Подпитка места к.з. от АД не учитывается, если их мощность составляет менее 20% номинальной мощности питающего трансформатора или сопротивление, связывающее их и точку к.з. ZB больше, чем 1,5xZT, где ZT - сопротивление трансформатора.

Начальное действующее значение тока трехфазного к.з. от источника питания и от местных АД определяется соответственно по выражениям:

IKG = UСР НОМ / ?3 x ?(R1? )2 + (X1? )2,

IKM = 0,9 x UФ НОМ / ?(RM + RB )2 + (Х"М + XB)2, кА , где UСР НОМ , UФ НОМ - среднее и фазное номинальное напряжение, В; RB , XB - сопротивления от точки к.з. до АД, мОм; R1? , X1? - суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности, мОм.

Полное значение тока трехфазного к.з. равно: IK(3) = IKG(3) + IKM(3).

Начальное действующее значение тока однофазного к.з. рассчитывается без учета АД по формулам:

IK(1) = ?3 x UСР НОМ / ?(2 xR1? + R0? )2 + (2 xX1? + X0?)2,

IK(1) = ?3 x UСР НОМ / ?(RТ(1) + 3 xRФО + RД )2 + (XТ(1) + 3x XФО)2,
где R0?, X0? - суммарные сопротивления нулевой последовательности.
2.4. Задание №4

Сварочная нагрузка характеризуется следующими основными показателями:

Sу - установленная мощность сварочной машины (СМ) при номинальной паспортной продолжительности включения, указывается в паспорте машины;

КЗ - коэффициент загрузки СМ, равный отношению пиковой потребляемой мощности к установленной, приводится в справочной литературе;

КВ - коэффициент включения, отражающий длительность включения СМ в полном цикле сварки, приводится в справочной литературе;

SП = Sу x КЗ - пиковая мощность СМ, потребляемая из сети при сварке;

SС = Sу x КЗ x КВ - средняя мощность СМ в цикле сварки;

SЭ = Sу x КЗ x ? КВ - эффективная мощность СМ.

Рекомендуется [1] следующий порядок расчетов:

На первом этапе определяется суммарная ориентировочная эффективная мощность СМ:

S?Э = ? (?SС )2 + 3 x? SЭ2.

На основании этого выбирается количество и мощность трансформаторов, намечается схема внутреннего электроснабжения.

На втором этапе для каждой СМ определяется:

SЭ2 = SП2 x КВ,

SС = SП x КВ.

Все машины распределяются по фазам так, чтобы максимально обеспечить равномерную загрузку всех фаз. Неравномерность загрузки не должна превышать 15 %. При этом в случае незначительного различия КВ машин распределение по фазам можно проводить по SП, в противном случае по - SП2 x КВ .

Для отдельной СМ пиковый и эффективный ток определяются по выражениям:

для однофазных машин iП = Sу x КЗ / UНОМ,

iЭ = Sу x КЗ x ? КВ / UНОМ,

для трехфазных машин iП = Sу x КЗ / ?3 x UНОМ,

iЭ = Sу x КЗ x ? КВ / ?3 x UНОМ .

Для группы СМ эффективный ток равен:

IЭ = ? IC2 + DI,

где IC = ?iC- средний ток группы, равный арифметической сумме средних токов всех СМ, подключенных в фазе; DI - дисперсия нагрузки фазы, при КВ ? 0,15 равная ?iC2 x КВ.

Пиковая нагрузка группы СМ равна:

IП = IC + ? x ?DI,

где ? - коэффициент, определяемый по графику рис. 5



?

nxКВ

Рис. 5. Зависимость ? от nxКВ
Если в группу входят СМ с одинаковым пиковым током, то n равно количеству машин в группе. В противном случае n = nЭ, где nЭ - эффективное число СМ, определяемое по формуле

nЭ = (?iП)2 / ?iП2 .

При различных значениях КВ СМ в группе в расчете используется среднее значение КВС , равное

КВС = (1 / n) x ?КВ .

Выбор сечения проводников производится по эффективной нагрузке по [5, 10], а защитная аппаратура для СМ выбирается по [8] в соответствии с выражениями:

IДД ? IЭ,

3х IДД ? IПВ НОМ ? 1,2 х iП ,

где IДД - длительно допустимый ток проводника; IПВ НОМ - номинальный ток плавкой вставки.

  1   2   3   4


Тверской государственный технический университет
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации