Получение напряжения в режиме максимальных нагрузок

Задача 1

Определить мощность батареи конденсаторов, необходимую для регулирования напряжения на шинах 6 кВ ТП. В режиме максимальных нагрузок при отсутствии конденсаторов уровень напряжения составляет 5,7 кВ, в режиме минимальных нагрузок — 5,9 кВ. Требуется получить напряжение в режиме максимальных нагрузок 6,3 кВ, в режиме минимальных 6 кВ.

Сопротивление сети Хс=0,2 Ом.

Решение.

Относительное изменение напряжения в режиме максимальных нагрузок

ДU_pmax = 6,3 — 5,7 = 0,6 кВ = 600 В.

Мощность КУ в режиме максимальных нагрузок

Q_КБ = (U/U_КБном) ²Q_КУ = U²ДU_p/ (Хс U_ном);

Q_КБ = 6,3²*600/ (0,2*6) = 19 845 квар = 19,85 Мвар.

В режиме минимальных нагрузок

ДU_pmin = 6 — 5,9 = 0,1 кВ = 100 В.

Мощность КУ, необходимая для получения напряжения 6 кВ,

Q_КБ = 6²*100/ (0,2*6) = 3000 квар = 3 Мвар.

Значение мощности КУ, равное 3 Мвар, может быть нерегулируемым. Остальная часть (19,85 — 3 = 16,85 Мвар) должна быть регулируемой. При наличии трансформаторов с регулированием под нагрузкой мощность КУ для регулирования напряжения можно уменьшить, так как частично регулирование будет осуществлено с помощью самого трансформатора.

Задача 2

Рассчитать рабочие ответвления трансформатора с РПН (диапазон регулирования) в режиме максимальных и минимальных нагрузок. Задан трансформатор ТДТН — 40, напряжение которого 115±9Ч1,78/11 кВ. Желательное напряжение на шинах НН в режиме максимальных нагрузок 10,8 — 10,9 кВ, в режиме минимальных нагрузок 10,2 — 10,4 кВ. Расчётное напряжение 109 кВ.

Решение.

Определим номинальный коэффициент трансформации трансформатора

n_T = 115/11 = 10,4.

Действительное значение напряжения в режиме максимальных нагрузок на шинах НН при работе на основном ответвлении обмотки ВН (±0%), т. е. с коэффициентом трансформации n_T = 10,4,U_10расч = 109/10,4 = 10,5 кВ, что ниже заданного желательного уровня U_жел = 10,8 кВ. Следовательно, обмотка ВН должна быть включена на ответвлении с меньшим коэффициентом трансформации. Принимаем число витков обмотки ВН при работе её на основном ответвлении за 100%. Тогда необходимое относительное снижение числа витков обмотки ВН определится:

Дю = (U_расч — U_жел) *100/ U_ном = (10,5 — 10,8) *100/11 = - 2,7%,

что соответствует работе на ответвлении — 2Ч1,78 = - 3,56% с относительным числом витков 96,44%. Тогда действительное значение напряжения в этом режиме будет:

U_10max = 109*11/115*0,964 = 10,81 кВ.

Из результатов расчёта видно, что достигнут желательный уровень напряжения за счёт установки регулятора на ответвление — 2Ч1,78.

Задача 3

Определить сечение кабелей для присоединения цеховой подстанции мощностью 1000 кВ*А, Т_М = 5500 ч. Кабели проложены в земле при температуре почвы +20⁰С с расстоянием 100 мм. На шинах 10 кВ ГПП ток к. з.9,5 кА. Время действия основной релейной защиты 1,2 с, полное время отключения выключателя 0,12 с.

Решение.

Определяем токи продолжительного режима

I_норм = S_н / nv3 U_ном = 1000/2*v3*10 = 28,9 А

I_max = S_н / (n — 1) v3 U_ном = 1000/1*v3*10 = 57.8 А.

Экономическое сечение кабеля

F_э = I_норм/J_э = 28,9/1,2 = 24 мм².

Принимаем два кабеля ААБ (3Ч25) мм², I_Д = 90 А. Поправочный коэффициент на температуру почвы k₁ = 94, и на число кабелей k₂ = 0,9.I_Д^/ =0,94*0,9*90=76,14 А, что больше I_max = 57,8 А, следовательно, кабель по длительному нагреву подходит.

Термическая стойкость параллельно соединённых кабелей проверяется по току к. з. непосредственно за пучком кабелей, т. е. в точке К2. Рассчитаем ток к. з.

Сопротивление до шин ГПП по заданному току к. з. I_{п. о.} = 9,5 кА

Хс= U_ср/v3*Т_{п. о.} = 10,5/v3*9,5 = 0,64 Ом

Удельное сопротивление кабеля r ₀ = 1,25 Ом/км; Х₀ = 0,099 Ом/км; сопротивление кабеля длиной 0,8 км

Х = Х₀* l = 0,099*0,8=0,079 Ом

r = r₀*l = 1,25*0,8=1,0 Ом.

Результирующее сопротивление до точки К2

х_рез = Хс + Хк/2 = 0,64 + 0,079/2 = 0,68 Ом; r_рез = r_к/2 = 1,0/2=0,5 Ом.

Ток к. з. в точке К2

I _{п. о. к2} = U_ср/ (v3 * vr_?² + X_?²) = 10,5/ (v3 * v0,68² + 0,5²) = 7,2 кА.

По одному кабелю проходит половина тока к. з.7,2/2 = 3,6 кА, поэтому тепловой импульс тока к. з.

В_к = I _{п. о}² (t_отк + Т_а) = 3,6² (1,2+0,12+0,01) = 17,2 кА²*с

Задача 4

Рассчитать заземляющее устройство заводской подстанции 35/10 кВ, находящейся во второй климатической зоне.

Сети 35 и 10 кВ работают с незаземлённой нейтралью. На стороне 35 кВ I_з = 8 А, на стороне 10 кВ I_з = 19А.

Собственные нужды подстанции получают питание от трансформатора 10/0,4кВ с заземлённой нейтралью на стороне 0,4 кВ. Естественных заземлителей нет.

Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности с = 62 Ом*м.

Электрооборудование подстанции занимает площадь 18Ч8 м².

Решение.

Сопротивление заземляющих устройств для установок 35 кВ:

R_з? 250/I_з = 250/8 = 31,2 Ом.

Сопротивление заземляющих устройств для установок 10 кВ:

R_з? 250/I_з = 250/19 = 13,2 Ом.

Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора 0,4 кВ должно быть не более 4 Ом. Заземляющее устройство выполняется общим, поэтому последнее требование является определяющим для расчёта R_з? 4 Ом. Заземлитель выполняем из вертикальных стержневых электродов длиной l_в = 5 м, диаметром d = 12 мм, верхние концы которых соединяем с помощью горизонтального электрода — стальной полосы сечением 4Ч40 мм, уложенной в землю на глубине l₀ = 0,7 м. Общая длина полосы по плану 60 м, предварительное число стержней 12. Сопротивление одного стержня r_в = 0.27*с_раст. = 0.27*89,9 = 24,3 Ом; здесь с_раст = к_сез* с = 1,45*62=89,9 Ом*м; к_сез = 1,45 для второго климатического района. Необходимое число вертикальных заземлителей

n_в = r_в/ R_з*Ю_в = 24,¾*0,52 = 11,7,где Ю_в = 0,52 для n = 12.

Сопротивление заземляющей полосы:

r_г = (0,366*с_{раст. г}/L_г) *ln (L_г²/0.5*b*t) = (0,366*3,5*62/60) ln (2*60²/0,4*0,7) =8,48 Ом

Сопротивление полосы в контуре из 12 электродов

R_г = r_г/ Ю_г = 8,48/0,34 = 24,9 Ом,

где Ю_г = 0,34 для n = 12.

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей

R_в = R_г * R_з / (R_г — R_з) = 24,9*4/ (24,9−4) = 4,76 Ом.

Уточнённое число стержней

n_в^/ = r_в/ R_в*Ю_в = 24,¾, 76*0,52 = 9,81

Таким образом окончательно принимаем n = 10, т. е. двух стержней в торцах подстанции не устанавливаем.

Задача 5

Рассчитать для линии 10 кВ максимально-токовую защиту и токовую отсечку, выполняемую с реле РТМ и РТВ, если заданы: максимальный расчётный ток линии 260 А, ток к. з. в конце защищаемой линии 1000 А, ток к. з. в начале линии 6000 А. Двигателей на линии нет. Коэффициент трансформации трансформаторов тока 300/5=60.

Решение.

Определяем ток срабатывания реле РТВ максимально-токовой защиты (защиты от перегрузки):

I_сраб = К_н*К_сх* I_н/ (К_в*К₁), где

К_н = 1,2−1,5 — коэффициент надёжности отстройки для учёта погрешности реле и ТТ; К_сх=1 — коэффициент схемы включения реле; К_в = 0,85 — коэффициент возврата реле; К₁ — номинальный коэффициент трансформации ТТ.

I_сраб =1,4*1*260/0,85*60 = 7,1 А.

Принимаем ток реле 8 А.

напряжение конденсатор шина трансформатор Определяем коэффициент чувствительности защиты от перегрузки: К_ч= I_кmin/ (I_сраб * К₁)? 1,2−1,5,К_ч=1000/60*8,0 = 2,1,что больше допустимого К_ч=1,5. Определяем ток срабатывания реле токовой отсечки (РТМ):

I_{сраб. Т.О.} = К_н*К_сх* I_{к. з. мах}/ К₁ = 2*1,73*1000/60 = 57,5 А.

Принимаем I_{сраб. Т.О.} = 60 А.

Определяем коэффициент чувствительности токовой отсечки: К_ч= I_кmin/ (I_сраб * К₁)? 1,2−1,5,К_ч2=6000/60*60 = 1,67,что удовлетворяет допустимому значению чувствительности.

Задача 6.

К трём силовым распределительным пунктам групповой установки присоединены 24 приёмника длительного режима работы следующих номинальных мощностей: три по 20 кВт, шесть по 10 кВт, пять по 7 кВт и десять по 4,5 кВт.

Определить приведенное число приёмников группы.

Решение

n_П = (3*20+6*10+5*7+10*4,5) ^2/3*20²+6*10²+5*7²+10*4,5² = 200²/2248 = 18.

Задача 7

Рассчитать трёхфазную сеть, питающую приёмники электроэнергии мощностью 40 кВт, частотой 400 Гц и напряжением 380 В; cosц=0,7. Напряжение генераторов 400 В, приёмники находятся от источника питания на расстоянии 250 м.

Решение.

Ток приёмников электроэнергии.

I = P*10^3/v3*U_ном* cosц = 40*10^3/v3*380*0,7 = 87 А.

Для этой сети принимаем одножильные изолированные провода марки АПВ. По таблицам ПУЭ выбираем способ прокладки проводов в стальных трубах для возможности их защиты от механических воздействий при открытой и скрытой прокладке на допустимой высоте (ниже 2 м). Производим выбор проводов на нагрев. По ПУЭ для частоты 400 Гц и тока 87 А выбираем провод сечением 35 мм², для которого допустимый ток 93 А.

После этого проверяем выбранное сечение проводов по потерям напряжения. По таблицам для cosц=0,7 и сечения 35 мм² потери напряжения на 1 А*км равны 0,528%, тогда потери напряжения в сети определяются как

ДU₁ = 0,528*87*0,25 = 11,5%

Допустимые потери напряжения в сети при допустимом отклонении напряжения на зажимах приёмников на 5% ниже номинального равны

ДU₂ = (400−361/400) *100% = 9,7%

Так как ДU₁> ДU₂ выбранное сечение проводов не подходит по потерям напряжения.

Выбираем новое сечение, для чего сначала определяем допустимые потери напряжения на 1 А*км заданной нагрузки

К₂ = ДU₂/ I*l = 9,7/87*0,25 = 0,45%

По ПУЭ для cosц=0,7 и полученного К₂ находим сечение проводов 50 мм², для которого К = 0,433%.

Определяем действительные потери напряжения в сети

ДU₁ = 0,433*87*0,25 = 9,4% < 9,7%,

т.е. потери напряжения меньше допустимых.