Расчёт параметров электрической сети

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По дисциплине: Электрические сети энергетических систем Тема проекта: Расчёт параметров электрической сети

• Введение
• 1. Выбор мощности силовых трансформаторов
• 2. Расчет сечения линий электропередач
• 3. Определение параметров линий электропередачи
• 4. Определение параметров силовых трансформаторов
• 5. Определение потерь мощности и энергии в линии электропередачи
• 6. Определение потерь мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах
• 7. Проверка выбранного сечения линий электропередачи по потере напряжения
• 8. Охрана труда
• Литература

Современные промышленные предприятия характеризуются динамичностью технологического процесса, связанной с непрерывным изменением и усовершенствованием выпускаемой продукции. Реализация достижений научно-технического прогресса в промышленности базируется на самом широком внедрении гибких автоматизированных производств, которые предъявляют качественно новые требования не только к организации производства, но и к конструкциям, планировке зданий и сооружений.

В настоящее время работа всех отраслей промышленности неразрывно связана с использованием электроэнергии, получаемой от электростанций. Всё шире применяется электроэнергия на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту — для освещения, кондиционирования воздуха, приготовления пищи и хранения продуктов и т. д. В результате широкого и повсеместного использования электроэнергии энергетика стала важнейшей отраслью, от которой зависит развитие всего народного хозяйства.

Каждое промышленное предприятие находится в состоянии непрерывного развития: вводятся новые производственные мощности, улучшается использование существующего оборудования или старое оборудование заменяется новым, более экономичным, мощным, повышается производительность труда, изменяется технология и т. д. Система электроснабжения промышленного предприятия (от раздела с энергосистемой до конечных электроприёмников) по структуре должна быть гибкой, допускать постоянное развитие технологии, рост мощности предприятия и изменение производственных условий. Это значительно отличает систему распределения энергии на предприятиях от районных энергосистем, где постоянное развитие имеет место, однако места потребления электроэнергии и формы её передачи более стабильны во времени.

Основные задачи, решаемые при проектировании сооружений и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, заключаются в оптимизации параметров этих систем путём правильного выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме, определения электрических нагрузок и требований к надёжности электроснабжения, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, схем и конструкций распределительных и цеховых электрических сетей, средств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения и т. д. Все эти задачи непрерывно усложняются вследствие роста общего количества электроприёмников на предприятиях и увеличения их единичных мощностей, появления новых направлений использования электроэнергии, новых технологических процессов и т. д.

Особенностью электроснабжения является также и то, что электроэнергия на предприятиях рассматривается как одна из компонент производственного процесса наряду с сырьём, материалами, трудовыми ресурсами и входит в себестоимость выпускаемой продукции.

Разработанные новые материалы и технологии производства позволили создать более совершенные электротехнические устройства, которые по своим характеристикам значительно превосходят ранее созданные, значительно повышают надежность и качество электроустановок, позволяют совершенствовать компоновки распределительных устройств и подстанций, сокращать занимаемую ими площадь, обеспечивают удобство эксплуатации, увеличивают продолжительность межремонтного периода.

За последние годы были освоены и внедрены в производство:

комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией напряжением 110 кВ и выше;

комплектные распределительные устройства выкатного исполнения напряжением 35 кВ;

параметр электрическая сеть линия трансформатор комплектные распределительные устройства напряжением 6−20 кВ принципиально новых модульных конструкций (КРУ/TEL, КСО «Аврора» и др.);

моноблоки с элегазовой изоляцией напряжением 6−20 кВ;

" реклоузеры" напряжением 6−10 кВ;

комплектные трансформаторные подстанции модульного типа напряжением до 35 кВ включительно;

комплектные трансформаторные подстанции в бетонной оболочке напряжением 10 (6) кВ;

кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена напряжением до 500 кВ;

воздушные линии электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами;

линии с изолированными проводами напряжением 6−10 кВ.

Сегодня в распределительных устройствах всех напряжений применяются более совершенные вакуумные и элегазовые выключатели, измерительные трансформаторы тока и напряжения новых конструкций на основе литой, полимерной и элегазовой изоляции, современные антиферрорезонансные трансформаторы напряжения, ограничители перенапряжений в фарфоровых и полимерных покрышках. Много нового материала по возможности отражено в данном курсовом проекте.

1. Выбор мощности силовых трансформаторов

Задача выбора трансформаторов состоит в выборе их количества и мощности. Выбор числа трансформаторов на подстанции в определяющей степени зависит от требований надежности электроснабжения, предъявляемых потребителями. Электроприемники 1-й категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух трансформаторов. Электроприемники 2-й категории также рекомендуется обеспечивать электроэнергией от подстанций с двумя трансформаторами.

Выбор установленной мощности трансформаторов подстанций производится по условиям их работы в нормальном и послеаварийном режимах.

(1.1)

где n — число параллельно работающих трансформаторов;

— коэффициент мощности.

Для двухтрансформаторных подстанций мощность каждого трансформатора выбирается исходя из условия, учитывающего допускаемую в течение не более 5 суток перегрузку в 40% на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 ч в сутки.

Наибольшая суммарная расчетная нагрузка согласно заданию

==13,9 МВА, (1.2)

Руководствуясь сказанным выше, рассчитываем мощность трансформаторов на подстанции:

= 9,9 МВА (1.1)

Из справочника [4, с. 202] выбираем силовой трансформатор ТРДНС-25 000/35;

35 13,9

Условия выполнятся, значит, трансформатор подходит нам.

2. Расчет сечения линий электропередач

Проводники воздушных и кабельных линий, как правило, выбираются исходя из экономических условий, которым отвечают методы экономической плотности тока и экономических токовых интервалов. При этом необходимо учитывать ряд технических ограничений, имеющих в большинстве своем вполне конкретную область применения.

Выбор сечений по экономической плотности тока ведется для нормального рабочего режима максимальных нагрузок рассматриваемой электрической сети, для которого и определяется расчетный ток 1_нб. Далее, исходя из предполагаемого конструктивного исполнения линии, марки провода или кабеля и времени использования максимальных нагрузок, выбирают значение экономической плотности токa j₃ [2, таблица 2.1].

Сечение проводника, определенное по формуле

= (2.1)

округляют до стандартного. Для неизолированных алюминиевых проводов и времени использования наибольшей нагрузки Т_нб = 3800 часов, из таблицы 3.1 =1,1 А/мм². Определим наибольший ток с учётом перегрузки силовых трансформаторов:

(2.2)

Из справочника выбираем провод марки АС-240/32;

I_доп = 605А; r₀=0,118 Ом/км; Х₀=0,405 Ом/км.

По условию: I_доп I_нб 605 220

Условия выполняются. Провод проходит по нагреву.

3. Определение параметров линий электропередачи

Линии электропередачи большой длины и высокого напряжения рассматриваются как цепи с распределенными параметрами. Воздушные линии длиной до 300−400 км и кабельные линии обычно представляются П — образной схемой замещения (рисунок 3.1). Фактические явления, происходящие в линии, отражаются в ее схеме замещения активным Я_л и реактивным Х_л сопротивлениями, активной Gj, и реактивной _л проводимостями.

Активное сопротивление проводов и кабелей обусловливает тепловые потери в них и определяется материалом проводников и площадью их сечения. Как известно, активное сопротивление проводники переменному току из-за имеющего место поверхностного эффекта больше омического сопротивления проводника постоянному току. Однако для проводников из цветных металлов при промышленной частоте 50 Гц явление поверхностного эффекта проявляется незначительно, поэтому активное сопротивление их принимается равным омическому. При определении активного сопротивления пренебрегают также влиянием на его величину температуры проводника и пользуются в расчетах величиной сопротивления при температуре +20° С.

Рисунок 3.1 — П-образная схема замещения линии электропередачи

Активное сопротивление линии определяют по формуле

(3.1)

где г₀ — удельное активное сопротивление, Ом/км;

l — длина линии, км.

Величину r₀ = 0,118 Ом/км для провода АС-240/32 воздушных линии находим по таблицам в зависимости от сечения проводника [3. табл.8.2 приложения]. Определяем активные сопротивления линий l₁ и l_2,R_л1 = r₀1₁=0,11 830 =3,54 Ом,

R_л2 = r₀ 1₂=0,11 821 =2,48 Ом,

Реактивное сопротивление определяется магнитным полем, возникающим вокруг и внутри проводов. Переменный ток, проходя по линии, образует вокруг и внутри проводников переменное магнитное поле, которое наводит в каждом проводнике э. д. с. самоиндукции.

Сопротивление току, обусловленное противодействием э. д. с. самоиндукции, называется реактивным сопротивлением, которое имеет индуктивный характер. Соседние провода трехфазной линии являются обратными проводами для тока рассматриваемого провода и наводят в нем э. д. с., направленную согласно с основным током провода направления, что уменьшает результирующую э. д. с. самоиндукции и, значит, реактивное сопротивление. Вот почему его величина зависит от взаимного расположения проводов.

Когда расположение проводов обеспечивает одинаковое потокосцепление каждого провода, то наводимые в проводах э. д. с. самоиндукции и индуктивные сопротивления становятся равными. Чем дальше друг от друга находятся фазные провода, тем влияние соседних проводов будет меньше, а индуктивное сопротивление больше. На индуктивное сопротивление влияют также диаметр провода, магнитная проницаемость материала проводника и частота переменного тока.

Реактивное сопротивление любой линии определяют по формуле

Х_л = х₀1, (3.2)

где х₀ — удельное активное сопротивление, Ом/км;

1 — длина линии, км.

Величины удельных индуктивных сопротивлений воздушных линий даны в справочниках в зависимости от марки провода и среднегеометрического расстояния между проводами или номинального напряжения линии [3, табл.8.2 приложения] х₀ = 0,405 Ом/км для провода АС-240/32.

Величина среднего расстояния между проводами D_cp растет с увеличением номинального напряжения воздушной линии и составляет: 0,4 м — 380 В; 1,5 м — 6−10 кВ; 3 м — 35 кВ; 5 м-110 кВ; 8 м-220 кВ; 11 м — 330 кВ. Определяем реактивные сопротивления линий 1₁ и 1₂

Х_л1 = х₀1₁ = 0,405 30 = 12,39 Ом,

Х_л2 = х₀l₂ = 0,405 =8,67 Ом.

4. Определение параметров силовых трансформаторов

При расчете электрических сетей с трансформаторами последние в расчетных схемах представляются следующими параметрами: активным R_T и реактивным Х_т сопротивлениями обмоток, активной G_T и реактивной В_т проводимостями. Чаще вместо проводимостей в расчетные схемы вводятся потери холостого хода соответственно Д Р_х и A Q_x (рисунок 4.1)

Трансформаторы с расщепленной обмоткой обычно представляются схемой замещения, приведенной на рис. 2.3, б.

Рисунок 4.1 — Схемы замещения трансформаторов

Из таблицы 2.3 приложения выписываем для выбранного трансформатора следующие каталожные данные: номинальная мощность, S_ном=10 MBA; номинальные напряжения каждой обмотки U_ном1=35 кВ, U_ном2 =6,3 кВ; активные потери холостого хода ДР_Х=25 кВт; потери короткого замыкания в каждой паре обмоток ДР_К=115 кВт; ток холостого хода I_Х=0,5%; напряжение короткого замыкания в каждой паре обмоток U_K=9,5%. По этим данным можно определить все расчетные параметры трансформаторов.

Из справочника [таблица 2.2, с.248]:

;

Определяем активное сопротивление трансформатора

=, 9 Ом (4.1)

Реактивное сопротивление трансформатора с расщепленной обмоткой при работе его на основном ответвлении регулируемой обмотки высшего напряжения:

46,55 Ом (4.2)

Находим сопротивление каждой ветви схемы замещения (рис.11):

; (4.3)

(4.4)

Как видим, реактивное сопротивление значительно больше активных.

Потери х. х:

Из справочника [таблица 2.2 стр.248]; ; ;

Реактивные потери мощности:

(4.5)

5. Определение потерь мощности и энергии в линии электропередачи

Все известные методы расчета потерь электроэнергии основываются на различных приемах перехода от величины потерь мощности к величине потерь энергии за расчетный период. Эти приемы определяют погрешность методов и ограничивают область их использования. Заметим, что на стадиях проектирования и эксплуатации электрических сетей к точности определения потерь электроэнергии предъявляются разные требования. Так, при проектировании, когда исходная информация, влияющая на потери энергии, может быть задана приближенно, к точности методов определения потерь электроэнергии не предъявляют высоких требований. В условиях эксплуатации в качестве самостоятельной часто рассматривается задача снижения потерь электроэнергии. Естественно, она не может быть решена без расчета потерь электроэнергии, к которому здесь предъявляют более высокие требования, чем при проектировании.

Наибольшее применение нашли детерминированные методы расчета, по которым на основании выбранного характерного режима определяют потери мощности, считающиеся неизменными в течение расчетного периода.

Значительно проще метод расчета потерь электроэнергии по времени наибольших потерь. Здесь в качестве характерного выбирают режим, в котором потери мощности наибольшие Р_нб, что соответствует передаче по электрической сети наибольшей нагрузки Р_нб. Умножая Р_нб на время наибольших потерь т, получаем потери электроэнергии для промежутка времени, за который определено ф:

ДW = ДРнбф (5.1)

Время наибольших потерь — время, в течение которого при передаче наибольшей нагрузки в сети произойдут те же потери электроэнергии, что и при работе по действительному графику нагрузки. Чаще всего данный метод используется для расчетного периода равного году. Для типовых годовых графиков нагрузки время наибольших потерь определяют по следующей эмпирической формуле:

ф= (5.2)

где Т_Нб — время использования наибольшей нагрузки.

Мы имеем две BJ1−35 кВ длиной 1₁=30 км и 1₂=21 км, U_ном=35 кВ, нагрузка P+jQ=12+j7 MBА, количество проводов в фазе 1, сечение провода АС-240/32, s=240 мм² сопротивление г₀ = 0,118 Ом/км, х₀ = 0,405 Ом/км, Т_нб=3800 ч.

Определяем время потерь, электроэнергии, используем метод времени наибольших потерь:

ф= = 2225,2 ч (5.2)

Определяем активное и реактивное сопротивление линий:

R_л=r₀l=0,118 30=3,54 Ом;

Х_л=x₀l=0,40 530=18,48 Ом.

Потери активной и реактивной мощности в линии. Потери активной и реактивной мощности в линии. Поскольку трансформаторы работают раздельно, нагрузку делим пополам.

=; (5.3)

= (5.4)

Потери активной и реактивной энергии в линии за год:

6. Определение потерь мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах

Определим потери мощности и электроэнергии в трансформаторах для случаев раздельной работы каждого трансформатора и одновременной параллельной работы 2-х трансформаторов ТРДНС-25 000/35. Исходные данные для расчета: ДР_К=115 кВт, ДР_Х=25 кВт, u_к=9,5%, I_Х=0,5%, Q_x=125 кВАР. Определяем время потерь, электроэнергии, используем метод времени наибольших потерь:

ф ===2225,2 ч

При работе одного трансформатора с нагрузкой, потери мощности с S = 15 МВА определим по формулам:

; (6.1)

. (6.2)

При параллельной работе обоих трансформаторов на общую нагрузку потери мощности определяем по формулам:

(6.3)

= (6.4)

В соответствии с данным методом потери в трансформаторе за время Т будут равны:

ДW_т = ф + Т = 2225,2 + 8760 = 298 107,2 МВт

7. Проверка выбранного сечения линий электропередачи по потере напряжения

В электрических сетях напряжением 0.38−20 кВ необходимо делать оценку приемлемости сечения проводов и кабелей по допустимой потере напряжения. Действительная наибольшая потеря напряжения от источника до наиболее удаленной точки не должна превышать допустимую потерю напряжения:

ДU_р ДU_доп

Необходимость проверки этого условия вызывается, во-первых, требованием обеспечения нужного отклонения напряжения у потребителей в соответствии с ГОСТ, и, во-вторых, существенным влияние сечения проводника на потери напряжения из-за того, что в местных сетях активное сопротивление линий больше реактивного.

Во всех случаях решение начинают с выбора усредненной величины удельного индуктивного сопротивления в зависимости от конструктивного исполнения сети и номинального напряжения. Это возможно, так как очень слабо зависит от сечения проводника.

Затем определяют реактивную составляющую потери напряжения:

ДU_р=, (7.1)

где — реактивная мощность на i-м участке линии, -длина i-го участка.

Дальше по допустимой потере напряжения и найденной реактивной составляющей рассчитывают активную составляющую допустимой потери напряжения:

ДU_{а. доп =} ДU_{доп -} ДU_{р (}7.2)

Последующая часть расчета для рассматриваемых дополнительных условий несколько различна. При выборе дополнительного условия F=const

Сечение проводника определяется по формуле:

F=, (7.3)

где — удельная проводимость материала проводника; - активная мощность на i-м участке линии.

Найденные расчетные сечения округляются до ближайших стандартных значений. Для них по справочнику находят удельное сопротивление и реактивного сопротивления и рассчитывают действительную наибольшую потерю напряжения до наиболее удельной точки:

= = 3,68 В (7.4)

Так как ДU_доп, то выбранные сечения подходят.

8. Охрана труда

Вопросы охраны труда отражены в законодательных документах: Конституции Республики Беларусь статьи 41 и 45, Трудовом Кодексе Республики Беларусь, Декрете Президента Республики Беларусь «Об обязательном страховании.», Законах Республики Беларусь «О пожарном надзоре» и «О санитарном надзоре». Так же вопросы охраны труда отражаются в коллективных договорах, оговариваются условия труда, льготы, субсидии, продолжительность отпусков. Кол. договор заключается на срок от 1 года до 3 на любых формах собственности. Профсоюзы осуществляют общественный контроль за соблюдением нормативно-правовых актов.

На подстанции организуется административно-общественный контроль, который состоит из трех ступеней:

Первая ступень контроля проводится ежедневно мастером участка и общественным инспектором по охране труда в подразделении с записью в журнал.

Вторая ступень контроля проводится раз в неделю начальником подразделения, инженером по охране труда курирующим данное подразделение и общественным инспектором по охране труда подразделения с записью в журнал.

Третья ступень контроля проводится раз в месяц комиссией в составе гл. инженера, председателя профкома РЭС с составлением акта осмотра.

В обязанности службы охраны труда входят: профилактика предотвращения несчастных случаев и травматизма, расследования причин несчастного случая, составления отчетности по установленной форме, проведение вводного инструктажа.

Работы в электроустановках выполняются:

со снятием напряжения;

без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них;

без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением.

Работы без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них должны выполняться не менее чем двумя работниками, один из которых производитель работ должен иметь группу по электробезопасности не ниже IV, остальные — не ниже III.

При работе в электроустановках напряжением до 1000 В без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них следует:

оградить расположенные вблизи рабочего места другие токо-ведущие части, находящиеся под напряжением, к которым возможно случайное прикосновение;

работать в диэлектрических галошах или стоя на изолирующей подставке либо на диэлектрическом ковре;

применять инструмент с изолирующими рукоятками (у отверток, кроме того, должен быть изолирован стержень); при отсутствии такого инструмента пользоваться диэлектрическими перчатками.

Запрещается прикасаться к изоляторам электроустановки, находящейся под напряжением, без применения электрозащитных средств.

Таблица 8.1 — Безопасное расположение людей при обслуживании электроустановок

В электроустановках запрещается работать в согнутом положении, если при выпрямлении расстояние до токоведущих частей будет меньше указанного в таблице 8.1.

При производстве работ около не огражденных токоведущих частей запрещается располагаться так, чтобы эти части находились сзади или с обеих боковых сторон.

Подмости и лестницы, применяемые для ремонтных работ, должны быть изготовлены по ГОСТу или ТУ на них. Основания лестниц, устанавливаемых на гладких поверхностях, должны быть обиты резиной, а на основаниях лестниц, устанавливаемых на земле, должны быть острые металлические наконечники.

Связанные лестницы применять запрещается. При обслуживании, а также ремонтах электроустановок применение металлических лестниц запрещается.

Работу с использованием лестниц выполняют два работника, один из которых находится внизу.

При приближении грозы должны быть прекращены все работы на воздушных линиях (BJI) и в открытом распределительном устройстве (ОРУ), а в закрытом распределительном устройстве (ЗРУ) — работы на вводах и коммутационной аппаратуре, непосредственно подсоединенной к воздушным линиям.

Во время дождя и тумана запрещаются работы, требующие применения защитных изолирующих средств.

Производственный персонал подстанции должен быть полностью обеспечен индивидуальными и коллективными средствами защиты. Средства индивидуальной защиты предназначены для защиты тела, органов дыхания, зрения, слуха, головы, лица, рук от травм и воздействий неблагоприятных производственных факторов. К этим средствам относятся: спецодежда, спецобувь, перчатки, наушники, каски, респираторы и противогазы (изолирующие, фильтрующие, удаленного действия), очки, маски, щитки. К коллективной защите относятся: оградительные устройства (кожухи, сетки), изолирующие устройства и покрытия (предметы-изоляторы), изолирующие штанги, резиновые коврики, устройства дистанционного управления, звукоизолирующие материалы. Виды защиты подобраны в соответствии с нормами.

1. Янукович, Г. И. Электроснабжение сельского хозяйства. Курсовое и дипломное проектирование/Г.И. Янукович. — Минск: ИВЦ Минфина, 2010. — 439с.

2. Рожкова, Л. Д. Электрооборудование станций и подстанций / Л. Д. Рожкова, B. C. Козулин. — М.: «Энергия», 1975. — 704 с.

3. Родкевич, В. Н. Электроснабжение промышленных предприятий. Пособие по курсовому и дипломному проектированию/ В. Н. Родкевич, О. П. Королев, В. Н. Сацукевич. — Минск: РИПО, 1995. — 143 с.

4. Лычев П. В. Электрические сети энергетических систем/П.В. Лычев, В. Т. Федин. — Минск: «Ушверсггэцкае», 1999. — 255 с.

5. Крупович, В. И. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования/ В. И. Крупович, Ю. Г. Барыбин, М. Л. Самовер. — М.: «Энергоатомиздат», 1981. —, 406 с.

6. Челноков, А. А. Охрана труда. Учебное пособие / А. А. Челноков, Л. Ф. Ющенко. — Минск: «Вышэйшая школа», 2006. — 463 с.