Проектування електричних кіл трифазного струму та елементів системи енергопостачання промислових підприємств

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Кафедра «Електротехніка та електричні машини»

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Електротехніка, електроніка і електропостачання»

на тему: «Проектування електричних кіл трифазного струму

та елементів системи енергопостачання промислових підприємств»

Студента (ки) __III__ курсу_9-III-ТЕ групи

напряму підготовки 6.050601

спеціальності теплоенергетика

Шумик А.М

Керівник доц., к.т.н. ЗінченкоО.Є

Національна шкала ________________

Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____

м. Харків - 2013 рік

ЗМІСТ

ВСТУП

Завдання на курсовий проект

1. РОЗРАХУНОК ТРИФАЗНОГО КОЛА

1.1 Розрахунок кола в трифазному режимі, при симетричній системі напруг

1.2 Розрахунок кола при обриві фази «А»

1.3 Розрахунок кола при обриві фази «В» та нейтрального проводу

1.4 Розрахунок кола при обриві нейтрального проводу та короткому замиканні фази «В»

2. ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЦЕХУ

2.1 Вибір кількості та потужності трансформаторів цехової підстанції

2.2 Вибір кількості кіл та перерізу дротів лінії напругою 10 кВ

2.3 Вибір основного обладнання ТП. Розробка однолінійної принципової схеми ТП

2.3.1 Вибір основного обладнання на вищій стороні ТП

2.3.2 Вибір основного обладнання на вторинному боці ТП

2.4 Вибір способу прокладки та перерізу дротів цехової мережі 0,38кВ для живлення силових шаф

2.5 Вибір типу та потужності компенсуючих пристроїв

2.6 Проектування принципової схеми електропостачання

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Для нормальної роботи будь-якого промислового підприємства необхідна оптимально спроектована система електропостачання, тобто комплекс пристроїв для виробництва, передачі і розподілу електричної енергії.

На підприємствах основними споживачами є електроприводи різних машин і механізмів, електричне освітлення, електричні нагрівальні пристрої.

На етапі проектування вирішується ряд завдань, таких як, вибір найбільш раціональної схеми електропостачання, вибір комутаційної апаратури і тому подібне.

Метою даного курсового проекту і є формування умінь і навиків основних прийомів розрахунку і проектування електричних ланцюгів трифазного струму і елементів систем енергопостачання промислових підприємств, узагальнення теоретичних знань, отриманих при вивченні курсу електротехніки.

Завдання на курсовий проект

В курсовому проекті виконується розрахунок трифазного кола змінного струму при з'єднанні фаз навантаження «зіркою» та розробляється цехова сітка енергопостачання промислового підприємства напругою 0,38кВ. За даними розрахунку обираються також захисна та комутаційна апаратура.

- Завдання на розрахунок трифазного кола

До симетричного трифазного джерела з лінійною напругою Uл=660В підключене коло, показане на рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 1 - Схема для розрахунку

Значення активних та реактивних опорів приймачів:

: Х_СА =10 Ом;

: R_В=2 Ом;X_CB=18 Ом, з'єднання паралельне.

: R_С=12 Ом; Х_LС =9 Ом, з'єднання послідовне.

Необхідно знайти показання амперметрів та струм в нейтральному проводі, а також активну, реактивну та повну потужність, яка споживається колом в таких режимах:

1) трифазному, при симетричній системі напруг;

2) при обриві фази «А»;

3) при обриві фази «В» та нейтрального проводу;

4) при обриві нейтрального проводу та короткому замиканні фази «В».

Для всіх випадків необхідно побудувати топографічні векторні діаграми напруг та вказати на них вектори струмів.

- Завдання на проектування системи електропостачання цеху

Необхідно розробити систему електропостачання цеху малої потужності. За заданим планом розташування силових шкафів, даним про їх потужності, необхідно:

1) вибрати кількість та потужність трансформаторів цехової підстанції (ТП);

2) вибрати кількість кіл та переріз провідників лінії напругою 10кВ від головної знижувальної підстанції (ГПП) до цехової підстанції (ТП);

3) вибрати основну апаратуру ТП. Скласти однолінійну принципову схему ТП;

4) вибрати спосіб прокладки та переріз провідників цехової мережі 0,38кВ для живлення силових шкафів;

5) вибрати тип та потужність компенсаційних приладів;

6) вибрати основну комутаційну апаратуру;

7) скласти принципову схему електропостачання цеху у відповідності з виконаними розрахунками.

Дані для розрахунку:

- потужність навантаження силових шкафів:

100 кВт, 110 кВт; P_B=120 кВт, P_Г=105 кВт;

трифазне коло електропостачання схема

- довжина: 15 м, 20 м, L₃ = 20 м, L₄= 12м, L₅=5 м, L₆ = 10 м;

- середній cos навантаження: 0,5; 0,9; 0,8 ; 0,7;

- конструктивне виконання лінії - шини;

- частка встановленої потужності АД і зварювальних трансформаторів d=0,55;

- довжина лінії від ГПП до ТП l=3 Ч10³ м;

- конструктивне виконання лінії - кабельна.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 2 - План розташування силових шкафів

1 РОЗРАХУНОК ТРИФАЗНОГО КОЛА

1.1 Розрахунок кола в трифазному режимі, при симетричній системі напруг

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 3

Дані для розрахунку:

Uл=220В; Х_СА=10 Ом;

R_В=2 Ом; X_CB=18 Ом;

R_С=12 Ом; Х_LC =9 Ом.

Фазна напруга

В.

Фазна напруга джерела. У кожній фазі напруга має однакову амплітуду, але різне зрушення фаз, що відрізняється один щодо одного на 120 градусів:

Фазні опори кола:

Визначимо фазні струми:

Струм в нейтральному проводі:

Визначимо показання амперметрів (вони вимірюють діюче значення струмів)

Знайдемо активну, реактивну та повну потужності кола:

Активна потужність:

Реактивна потужність:

Повна потужність кола:

Побудуємо векторну діаграму напруг та відобразимо на ній вектори струмів

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 4

1.2 Розрахунок кола при обриві фази «А»

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 5

Струми у фазах В та С не змінюються:



Струм у фазі А:

Струм в нейтральному проводі:

Визначимо показання амперметрів:

Знайдемо активну, реактивну та повну потужності кола:

Активна потужність:

Реактивна потужність:

Повна потужність ланцюга:



Побудуємо векторну діаграму напруг та відобразимо на ній вектори струмів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 6

1.2 Розрахунок кола при обриві фази «В» та нейтрального проводу

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 7

Формула знаходження зсуву нейтралі в загальному випадку має вигляд:

У нашому випадку, вона приймає вигляд:

Визначимо струми:



Струм в нейтральному проводі та фазі «В»:

;

.

Визначимо показання амперметрів:

Знайдемо активну, реактивну і повну потужності ланцюга:

Активна потужність:

Реактивна потужність:

Повна потужність ланцюга:

Побудуємо векторну діаграму напруг та відобразимо на ній вектори струмів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 8

1.4 Розрахунок кола при обриві нейтрального проводу та короткому замиканні фази «В»

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 9

В даному випадку зсув нейтралі буде рівний фазній напрузі закороченої фази:

Визначимо лінійні струми:

Струм в закороченій фазі:



Струм в нейтральному проводі:

Визначимо показання амперметрів

Знайдемо активну, реактивну та повну потужності кола:

Активна потужність:

Реактивна потужність:

Повна потужність ланцюга:

Побудуємо векторну діаграму напруги і відобразимо на ній вектори струмів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 10

2 ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЦЕХУ

Кількість трансформаторів, які розміщуються на підстанції, обирається залежно від категорії (за надійністю електропостачання) споживачів, які отримують електроенергію від підстанВції, що розглядається. У нашому випадку електроприймачі цеху є електроспоживачами другої категорії і існує централізований резерв трансформаторів. Для споживачів цієї категорії застосовується однотрансформаторна підстанція. При цьому передбачається резервування на вторинній напрузі, що здійснюється за допомогою перемички між шинами вторинної напруги, в різних цехових ТП.

Сума активних навантажень дорівнює:

Визначимо кут зрушення фаз кожного приймача

Знайдемо реактивну потужність кожного приймача

Сума реактивних навантажень буде рівна:

Потужність вторинної напруги, що відбирається з затискачів:

,

де - коефіцієнт прийняття участі у максимумі

З каталогу обираємо трифазний двообмоточний трансформатор ТМ-750/10 з параметрами:

- номінальне навантаження трансформатора = 750 кВА;

- верхня межа номінальної напруги обмоток = 10,5кВ; = 0,525кВ;

- втрати холостого ходу =4,0кВт;

- втрати короткого замикання = 8,8кВт;

- напруга короткого замикання = 5,5 % від номінального;

- струм холостого ходу = 2,5 % від номінального.

Втрати активної потужності в трансформаторі

Втрати реактивної потужності в трансформаторі

.

Потужність, що втрачається в трансформаторі

,

Розрахункове навантаження

Коефіцієнт навантаження трансформатора

2.2 Вибір кількості кіл та перерізу дротів лінії напругою 10 кВ

Живлення ТП від ГПП здійснюватиметься по кабельній лінії.

Оскільки у нас підприємство електротехнічного устаткування, та кількість годин використання максимуму навантаження Тmax = 4300-4500год/рік. Відповідно до цього економічна щільність струму для кабелів з резиновою ізоляцією з алюмінієвими жилами:

Оскільки мережа трифазна, то струм в лінії:

Струм в аварійному режимі:

Вибір перерізу жили проводиться по економічній щільності струму залежно від металу жили і числа годин використання максимуму навантаження:

Якщо переріз, визначений по економічній щільності струму не співпадає із значенням стандартного, то як економічний слід приймати найближчий менший переріз

Вибираємо дріт марки А-50. [1]

Правильність вибору даного перерізу необхідно перевірити по втратах напруги в лінії і по умові допустимого нагріву в нормальному і аварійному режимах.

Споживач отримує якісну енергію, якщо втрата напруги не перевищує допустиму. Для кабельної лінії втрату напруги приймаємо рівною 6% при нормальному режимі і 10% - при аварійному.

.

.

Активна потужність, що протікає в лінії

Реактивна потужність, що протікає в лінії

Активний опір лінії

Реактивний опір лінії

Втрати напруги

Отримані втрати напруги менше допустимих.

2.3 Вибір основного обладнання ТП. Розробка однолінійної принципової схеми ТП

При тривалому режимі надійна робота апаратів, ізоляторів і струмопровідних пристроїв забезпечується правильним вибором їх по номінальній напрузі.

При виборі апаратів слід обов'язково враховувати тип установки (у приміщенні або на відкритому повітрі), температуру навколишнього середовища, її вологість і забрудненість, висоту установки апаратів над рівнем моря, а також категорію споживача.

2.3.1 Вибір основного обладнання на вищій стороні ТП

На стороні високої напруги необхідно передбачити роз'єднувач і плавкий запобіжник.

Роз'єднувач: ВВП-10/300.

Номінальна напруга - 10кВ.

Число полюсів - 3.

Номінальний струм - 300А.

Виберемо запобіжник. Для кабельної лінії 2-10кВ необхідний захист від багатофазного короткого замикання, тобто цим запобіжником ми захищаємо високовольтний кабель.

де - допустимий тривалий струм провідника, для дроту А-50

.

.

Запобіжник: ПКТ-104-10-200-12,5 УЗ.

Номінальна напруга - 10кВ.

Номінальний струм запобіжника 2 кА.

2.3.2 Вибір основного обладнання на вторинному боці ТП

Знайдемо номінальний струм з боку нижньої напруги.

Напруга

Струм

Автоматичний вимикач: А3740Б.

Номінальний струм вимикача - 630 А.

Номінальний струм розчіплювача - 630 А.

На рис.11 відображено однолінійну схему ТП.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Рисунок 11 - Однолінійна схема ТП

2.4 Вибір способу прокладки та перерізу дротів цехової мережі 0,38кВ для живлення силових шаф

План розташування силових шаф представлений на рис.2

Вибираємо радіальну схему електричних ланцюгів цеху.

Переріз проводів для ланцюгів, напругою до 1000В, по умові нагріву можна визначити залежно від розрахункового значення тривало допустимого струмового навантаження за нормальних умов прокладки з двох співвідношень:

· по умові нагріву тривалим розрахунковим струмом

· по умові відповідності вибраному апарату максимального струмового захисту

Поправочний коефіцієнт на умову прокладки проводів і кабелів =1.

Коефіцієнт захисту =1, оскільки підприємство промислове.

Знаходимо розрахунковий номінальний струм шафи А

Вибираємо шину з перерізом 805 мм тип шинопроводу ШРА-4, номінальний струм 250А.

Вибираємо вимикач вирубної серії ВР32, номінальний струм 200А.

Вибираємо запобіжник.

.

Запобіжник: ПП31.

Номінальний струм - 250А.

Струм плавкої вставки - 200А.

Вибраний переріз шини перевіримо на допустиме падіння напруги, яке дорівнює 5% від номінального

Активний опір лінії



Реактивний опір лінії

Втрати напруги в лінії

Втрати напруги в лінії менше допустимих.

Знаходимо розрахунковий номінальний струм шафи Б.

Вибираємо шину з перерізом 355мм- тип шинопроводу ШРМ-75, номінальний струм 250А.

Автомат: А3710Б.

Номінальний струм - 160А.

Номінальний струм розчіплювача - 160А.

Вибраний переріз шини перевіримо на допустиме падіння напруги рівне 5% від номінального

Активний опір лінії

Реактивний опір лінії

Втрати напруги в лінії

Втрати напруги в лінії менше допустимих.

Знаходимо розрахунковий номінальний струм шафи В.

Вибираємо шину з перерізом 355мм- тип шинопроводу ШРМ-75, номінальний струм 250А.

Вибираємо вимикач вирубної серії ВР32, номінальний струм 200А.

Вибираємо запобіжник.

.

Запобіжник: ПП21.

Номінальний струм - 250А.

Струм плавкої вставки - 200А.

Вибраний переріз шини перевіримо на допустиме падіння напруги рівне 5% від номінального

Активний опір лінії

Реактивний опір лінії

Втрати напруги в лінії

Втрати напруги в лінії менше допустимих.

Знаходимо розрахунковий номінальний струм шафи Г.

Вибираємо шину з перерізом 355мм- тип шинопроводу ШРМ-75, номінальний струм 250А.

Автомат: А3720Б.

Номінальний струм - 250А.

Номінальний струм розчіплювача - 200А.

Вибраний переріз шини перевіримо на допустиме падіння напруги рівне 5% від номінального

Активний опір лінії

Реактивний опір лінії

Втрати напруги в лінії

Втрати напруги в лінії менше допустимих.

2.5 Вибір типу та потужності компенсуючих пристроїв

Для компенсації реактивної потужності, яка споживається електроустановками промислового підприємства, можуть бути застосовані синхронні компенсатори, конденсатори і використані наявні синхронні двигуни. Зазвичай батареї конденсаторів включаються в мережу трифазного струму по схемі трикутника.

Визначимо реактивну потужність компенсуючого пристрою:

.

Вибираємо компенсуючу установку УКЛНТ-0,66-480 УЗ.

.

У схемах конденсаторних батарей передбачають спеціальні активні або індуктивні резистори, які підключають паралельно конденсаторам. Ці резистори необхідні для розрядки конденсаторів після їх відключення, оскільки природний саморазряд відбувається повільно.

Знаходимо розрядний опір

2.6 Проектування принципової схеми електропостачання

Складемо однолінійну принципову схему електропостачання.

Елементи вказані на схемі:

А, Б, В, Г - силові шафи.

QS - роз'єднувач ВВП-10/300.

FU - високовольтний запобіжник ПКТ-104-10-200-12,5 УЗ.

Тр - трансформатор ТМ 750/10.

Q - автоматичний вимикач А3740Б.

Р - рубильник.

Запобіжник П - ПП31 ;

В - автоматичний вимикач.

Q_бат - конденсаторна батарея УКЛНТ-0,66-480 УЗ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

Размещено на http://www.allbest.ru/

29

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни „Електротехніка та електропостачання промислових підприємств”. - Х.: УкрДАЗТ, 2003р. - 42с.

2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочник для курсового и дипломного проектирования.

3. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий /Под ред. А.А.Федорова и др. - М.: Энергия, 1981. - Кн.2.

Размещено на Allbest.ru

...