Методические указания - Системы электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

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

РУ – 10 кВ

К2

F20

W21

W17

К3

F17

F18

осв

W18

К4

К5

РП1

РП2

M1 M8 M9

M16

…

F16

W16

M16

РУ – 10

кВ

К2

W19

F20

К3

F19

осв

К4

W21

РП1

M1 M8

…

К5

РП2

…

F16

W16

Рис. 2. План расположения оборудования сварочного участка

110 кВ

6-10 кВ

ÁYЙ

Рис.3. Схема главной понизительной подстанции

12 1

7 8 6 5 4

GВ

2 3

Q1 Q2 Q3

Рис.4. Схема подключения однофазной установки: 1 – печь

электрошлакового переплава; 2 – симметрирующее устройство;

3 – симметричная нагрузка

2. 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 = Е

xК + И + У, руб./год,

где Е

– нормативный коэффициент эффективности, принимаемый равным

0,12 1/год, что соответствует сроку окупаемости капитальных вложений 1/

= 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.

= К

xР

НОМ

, кВт,

= P

xtg 

НОМ

, квар,

где Р

НОМ

- номинальная мощность ЭП, кВт; tg

НОМ

- номинальный

коэффициент реактивной мощности; Кз – коэффициент загрузки ЭП по

активной мощности.

Для электродвигателей (ЭД) длительного режима работы Р

НОМ

=Р

ПАСП

где Р

ПАСП

- номинальная мощность на валу, а для повторно-

кратковременного режима (ПКР) Р

НОМ

=Р

ПАСП

x√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.

МII

= К

xΣК

Иi

xР

НОМi

, кВт,

МII

= К

МQ

xΣК

Иi

xР

НОМi

xtgφ

СМi

, квар,

где К

иi

- коэффициент использования отдельного ЭП, входящего в группу;

, K

- коэффициент максимума группы ЭП по активной и реактивной

мощности соответственно; tgφ

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 K

= f(n

,К

ИГР

), где n

- эффективное число ЭП в группе; К

ИГР

групповой коэффициент использования за наиболее загруженную смену.

= (ΣР

НОМi

)

/ ΣР

НОМi

ИГР

= (ΣК

Иi

xР

НОМi

) / ΣР

НОМi

= Р

СМ

/ Р

НОМi

где Р

СМ

- среднесменная нагрузка за наиболее загруженную смену.

Используя значения n

, по справочным таблицам или графикам [1,

2] находят Км.

В ряде случаев Км = 1. Это справедливо для ЭП, имеющих К

≥ 0,6 и

равномерный график нагрузки, например, для вентиляторов, дымососов,

компрессоров, печей сопротивления и т.д. На этом этапе принимается

постоянная времени нагрева проводников Т

= 10 мин = 1/6 часа.

МQ

= 1 при n

> 10 или К

МQ

= 1,1 при n

≤ 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 (Т

ФО

,час),

пересчитывают К

на К

мt

, уточняют значения P

MII

, Q

MII

и сечения

проводников II уровня электроснабжения.

мt

= 1 + (К

- 1) / √ 6xТ

ФО

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 I

дд

, после чего

электрическая сеть проверяется по потере напряжения.

ДД

≥ I

РАБ max

= I

Мj

, А,

где I

РАБ max

- максимальный рабочий ток линии, А; I

Мj

- рабочий ток

соответствующего уровня, А.

При расчетах следует учитывать способ прокладки проводников.

После выбора проводников производится их проверка по

допустимой потере напряжения:

ΔU = Σ(√3 x I

Мj

x R

x cosφ

+ √3 x I

Мj

x X

x sinφ

) =

= Σ(P

x R

+ Q

Мj

x X

) / U

НОМ

, В,

где P

, Q

Мj

- расчетная нагрузка соответствующего уровня, Вт, вар;

- активное и реактивное сопротивление соответствующих участков

сети, Ом; U

НОМ

- номинальное напряжение, В.

В соответствии с [6] отклонение напряжения от номинального на

зажимах АД допускается в пределах



5 %. При U

НОМ

= 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:

- К

= ΔК = К

F17

+ K

F18

+ K

W17

+ K

W18

– K

F19

– K

W19

–K

W20

Здесь допустимо считать К

F17

= K

F18

= K

F19

Стоимость элементов СЭС принимается по действующим каталогам,

ценникам, или могут быть использованы данные табл. П.6.

Полагаем равными эксплуатационные расходы по вариантам, тогда:

= ΔИ = С

х (ΔР

-ΔР

), руб./год,

где ΔР - максимальные потери активной мощности, кВт; С

- стоимость

максимальных активных потерь, руб./(кВтּгод).

Используем данные проведенных расчетов:

ΔИ =С

x3 x (I

MW17

х R

W17

+ I

MW18

х R

W18

- I

MW19

х R

W19

- I

MW20

х R

W20

где I

- расчетный ток II уровня соответствующих линий; R

- активное

сопротивление этих линий.

Ущерб от аварийного недоотпуска электроэнергии можно

определить, например, по удельным показателям [1]:

- У

= ΔУ = У

х (ΔW

- ΔW

), руб./год,

где У

- удельная составляющая ущерба, руб./(кВтּч); ΔW- среднегодовая

аварийно недоотпущенная электроэнергия по вариантам, кВтּ ч/год.

ΔW = W

ГОД

x λ

∑

x Т

В∑

, кВтּч/год,

где W

ГОД

- годовое потребление электроэнергии, кВтּч/год; λ

∑

- суммарный параметр потока отказов (частота отказов), 1/год; Т

В∑

, -

суммарное среднее время восстановления после отказа, год.

Величину W

ГОД

можно определить различными способами,

например, по выражению:

ГОД

= Р

СМ

x t

СМ

x n, кВтּч,

где Р

СМ

- среднесменная мощность, кВт; t

СМ

- продолжительность рабочей

смены, час; n - число смен в году.

Тогда с достаточной для задачи степенью точности:

ΔУ = У

x [ Р

СМ РП1

x (λ

F17

+ λ

W17

) x Т

В∑17

+ Р

СМ РП2

x (λ

F18

+ λ

W18

) x Т

В∑18

- -

СМ РП1

x (λ

F19

+ λ

W19

) x Т

В∑19

- Р

СМ РП2

x (λ

F19

+ λ

W19

+ λ

W20

) x Т

В∑20

]

x t

см

x n.

По условиям контрольного задания можно принять; t

см

= 8 час;

n = 320…340; λ

, Т

Вi

- по [1] или по таблице П5, а значения Т

В∑ј

определяются выражением

В∑ј

= (Σ (λ

x Т

Вi

) / λ

∑

, 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 S

следует выбирать, исходя из

средней нагрузки за наиболее нагруженную смену (включая освещение),

т.е. по S

MIII

, с учетом систематической перегрузки [1, 4].

Для контрольного задания достаточно использовать соотношение

≥

MIII

, где S

MIII

- электрическая нагрузка третьего уровня, т.е. на шинах

0,4 кВ ЦТП.

МIII

= λ x ΣК

х Р

НОМi

, кВт,

MIII

= λ x ΣР

СМi

x tgφ

СМ i

, квар,

MIII

= √( Р

МIII

)

+ (Q

MIII

)

, кВА,

где λ - справочный коэффициент избыточности технологического

оборудования.

Мощность трансформатора уточняется с учётом необходимости

установки компенсирующих устройств, которая определяется по формуле

КУ

= К x Q

-Q

где Q

КУ

, Q

- соответственно реактивные мощности компенсирующего

устройства, потребителя и передаваемая энергосистемой, квар; К – коэф-

фициент, учитывающий несовпадение по времени максимумов Q

и Q

определяется по справочникам [1,2 ], допускается принять его значениение

для контрольного задания 0,8…1.

Величина Q

задается энергосистемой или рассчитывается:

= Р

x tgφ

где Р

- расчетная нагрузка потребителя, кВт; tgφ

- коэффициент

реактивной мощности энергосистемы, допускается принять его значение

для контрольного задания 0,2…0,4.

Если Q

КУ

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

Уточняется мощность трансформатора ЦТП:

≥ P

MIII

/ (β x N

где β - 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:

= √( S

x β x N

)

- P

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:

НБК

= Q

НБК1

+ Q

НБК2

НБК1

= Q

- Q

НБК2

= Q

- Q

НБК1

– γ x S

x N

где γ - справочный коэффициент [1]. Допускается для контрольного

задания γ = 0,5.

Если Q

НБК1

< 0 или Q

НБК2

< 0, то их значения принимаются равными

нулю.