Принципы электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

электроэнергия агропромышленный трансформаторный

Большое значение имеет проблема электроснабжения сельского хозяйства. От ее рационального решения в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии в сельском хозяйстве и в быту сельского населения.

Первостепенная задача правильного электроснабжения заключается в доведении стоимости электроэнергии до минимальной. Этого следует добиваться при соблюдении всех требований, правил и норм, и прежде всего необходимого качества электроэнергии, то есть постоянства частоты и напряжения, а также надежности ее подачи.

Актуальность задачи обеспечения надежного электроснабжения значительно возросла в последние годы в связи с серьезными, не только количественными, но и качественными изменениями сельскохозяйственных потребителей электроэнергии. Особенно это связано с появлением сельскохозяйственных предприятий промышленного типа, в первую очередь животноводческих ферм.

Развитие сельскохозяйственного производства все в большей мере базируется на современных технологиях, широко использующих электрическую энергию. В связи с этим возросли требования к надежности электроснабжения сельскохозяйственных объектов, к качеству электрической энергии, к ее экономическому использованию и рациональному расходованию материальных ресурсов при сооружении систем электроснабжения.

Проектные решения систем сельского электроснабжения должны не только учитывать отмеченные особенности, но и максимально снижать их негативные последствия.



1. Задачи проектирования и обоснование допустимых отклонений в показателях качества электроэнергии, поставляемой потребителям

Задачей проектирования энергосистем является разработка с учётом новейших достижений науки и техники, и технико-экономическое обоснование решений, определяющих формирование энергетических объединений и развитие электрических станций, электрических сетей и средств их эксплуатации и управления, при которых обеспечивается оптимальная надёжность снабжения потребителей электрической и тепловой энергией в необходимых размерах и требуемого качества с наименьшими затратами.

Проектирование электрических систем и сетей начинается с разработки обосновывающих материалов для определения экономической эффективности и целесообразности проектирования, строительства или реконструкции и расширения электросетевых объектов. Этот комплекс проектных работ включает схемы развития электрических систем и сетей, в него включаются разработки энергетических и электросетевых разделов в составе проектов электростанций, а так же схемы внешнего электроснабжения крупных промышленных предприятий. После утверждения обосновывающих материалов начинается проектирование электросетевых объектов.

Задача проектирования электрической сети относится к классу оптимизационных задач, однако не может быть строго решена оптимизационными методами в связи с большой сложностью задачи, обусловленной многокритериальностью, многопараметричностью и динамическим характером задачи, дискретностью и частичной неопределенностью исходных параметров.

Отклонения показателей качества электроэнергии от идеальных подразделяют на нормально - и максимально допустимые. В течение 95% времени суток (22,8 ч) показатели качества электроэнергии не должны выходить за пределы нормально допустимых значений и в течение всего времени, включая послеаварийные режимы, они должны находиться в пределах максимально допустимых значений.

При аварийных ситуациях в ЭС допускается выход показателей качества за установленные пределы, в том числе снижение напряжения до нулевого уровня и отклонение частоты до ±5 Гц с последующим их восстановлением до допустимых для послеаварийных режимов максимальных значений.

Влияние нарушений на работоспособность

Различные показатели качества электроэнергии влияют на работоспособность инфокоммуникационных систем по-разному. Стандартом установлены нормально допустимые и предельно допустимые значения показателей. Ниже мы рассмотрим основные из них.

Отклонение напряжения

Отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения. Для него определены нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения на выводах приемников электроэнергии, соответственно, в +5 и +10% от номинального напряжения электрической сети. Этот показатель достаточно существенен, так как от его значений зависит работоспособность блоков питания.

Колебания напряжения

Для инфокоммуникационных систем значимым показателем колебания напряжения является диапазон изменения напряжения. Предельно допустимый диапазон изменения напряжения имеет достаточно сложную функциональную зависимость от частоты повторения и формы огибающей. Данные зависимости приводятся в ГОСТе 13109-97.

Сумма установившегося отклонения напряжения и диапазона изменений напряжения в точках присоединения к электрическим сетям в 380/220 В не должна превышать +10% от номинального напряжения.

Провал напряжения. Провал напряжения характеризуется длительностью провала напряжения, величина которого в электрических сетях с напряжением до 20 кВ не должна превышать 30 с. Провал напряжения, так же как и его полное отключение, представляет наибольшую опасность для электроснабжения инфокоммуникационных систем.

Несинусоидальность напряжения. Несинусоидальность напряжения включает следующие показатели: коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения.

Отклонение частоты

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены нормально допустимое и предельно допустимое значения: +0,2 и +0,4 Гц, соответственно.

Частота - общесистемный параметр, т.е. она одинакова во всех точках объединенной энергосистемы. При возникновении существенных отклонений частоты в действие вводится противоаварийная автоматика энергосистемы. Отклонение частоты может привести к отключению целых районов и даже общесистемной аварии, что случается далеко не каждое десятилетие. Кроме того, современные блоки питания средств вычислительной и телекоммуникационной техники на 50 и 60 Гц остаются работоспособными при отклонениях в несколько герц, а не процентов, как это устанавливается стандартом.

Импульс напряжения

Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения. Значения импульсных напряжений для грозовых импульсов, возникающих в электрических воздушных и кабельных сетях 380/220 В энергоснабжающей организации, не превышают 10 и 6 кВ, соответственно. Для коммутационных импульсов в сетях 380 В значение импульса - не более 4,5 кВ.

Появление грозового импульса в кабельной сети возможно, если он проникает в нее из воздушной. Например, если питание на трансформаторную подстанцию 10/0,38 кВ подается посредством воздушной линии, что характерно для сельских сетей, то появление грозового импульса в сети низшего напряжения 380/220 В не столь уж невероятно. В городских сетях, где линии как высшего, так и низшего напряжения, как правило, кабельные, возникновение грозового импульса трудно объяснимо.

Временное перенапряжение

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения (отношением максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования перенапряжения к амплитуде номинального напряжения). Значение коэффициента зависит от времени перенапряжения, но не превышает 1,47.

При обрыве нулевого рабочего проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ с наглухо заземленной нейтралью (т.е. нейтраль трансформатора или генератора непосредственно присоединена к заземляющему устройству) возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений межфазного напряжения, а длительность - нескольких часов.

Этот вид нарушений опасен не только из-за риска повреждения оборудования и нарушения режима его работы, но и представляет собой реальную пожарную опасность вследствие высокой вероятности возгорания электрооборудования и электроприемников.



2. Расчёт электрических нагрузок и выбор схемы электроснабжения агропромышленного района

Таблица 2.1. Электрические нагрузки производственных, общественных и коммунальных потребителей Kmax=1,15-1,2.

№	Наименование объекта	Расчётная нагрузка на вводе
		Дневной максимум	Вечерний максимум
1	Жилые дома 45 эл	229,5	382,5
2	Общеобразовательная школа на 200 учащихся	50	50
3	Детский сад-ясли на 50 мест
4	Административное здание 100 м2	4,3	4,3
5	Дом культуры 50 мест	6	6
6	Магазин 100 м2	23	23
7	Баня на 10 мест
8	Участковая ветеринарная лечебница 5 мест	1,8	1,8
9	Зернохранилище на 1000 т	45	17
10	Склад кормов
11	Свинарник-откормочник на 3000 голов с навозным транспортёром	75	45
12	Ферма КРС на 300 голов
13	Кормоцех фермы	7	7
14	Центральная ремонтная мастерская на 40 тракторов Рmax. =Kmax. Pср.	48	18
15	Гараж на 50 автомобилей с закрытой стоянкой	15	5
16	Деревообрабатывающий цех Рmax. =Kmax. Pср.
17	Помещение для откорма молодняка на 1000 голов	90	54
18	Птичник на 1500 кур	55	55
19	Столовая на 35 мест	36,4	36,4
20	Мельница	7	1



Таблица 2.2. Состав потребителей агропромышленного района, место установки асинхронного двигателя и его мощность согласно варианту задания

Вариант задания	Потребитель согласно рисунку 1	Место установки АД/его мощность, кВТ
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
26	45 эл	+		+	+	+		+	+		+		+	+	+		+	+	+	+	13/25

Таблица 2.3. Коэффициенты участия в максимуме нагрузки

Для производственных потребителей	Для бытовых потребителей	Для смешанной нагрузки
	Дома без электроплит	Дома с электроплитами
1	0,6					1,0	1,0
		0,3-0,4	1,0	0,6	1,0

3. Выбор места установки трансформаторной подстанции схема распределительной сети 0,38 кВ, а также число и мощность трансформаторов, устанавливаемых на ТП



Потребительские трансформаторные подстанции следует располагать в центре электрических нагрузок. Если нет возможности установить трансформаторную подстанцию в расчетном месте, то ее необходимо установить в том месте, которое максимально приближено к центру электрических нагрузок.

Мощности силовых трансформаторов подстанций в нормальных режимах должны обеспечивать питание электроэнергией всех электроприемников. Выбор мощности производят по расчетной нагрузке.

Для однотрансформаторной подстанции мощность трансформатора будет определяться из условия:

где Sэн - нижний экономический интервал;

Sэв - верхний экономический интервал;

S_P - расчетная нагрузка подстанции, кВА.

Таблица 3.1. Таблица мощности

№ТП	Дневной мах нагрузки, кВА	Вечерний мах нагрузки, кВА	Выбор трансформаторов
	I вариант	II вариант	I вариант	II вариант
1		133,7		60,2
2		204,7		136,2
3		109,9		143,23
4		143,3		105,4
5		109,3		102,5

Таблица 3.2. Выбор трансформаторов по допустимым систематическим перегрузкам

№ТП	II вариант Интервалы нагрузки (кВА)	Выбор трансформаторов (кВА)
1	133,7-60,2	100
2	204,7-136,2	160
3	109,9-143,23	100
4	143,3-105,4	100
5	109,3-102,5	100

4. Электрический расчёт сети 0,38 кВ

Расчет электрических нагрузок сети 0,38кВ производится по известным расчетным нагрузкам на вводах отдельных потребителей. При этом руководствуются следующими положениями.

1. Если потребители принадлежат к одной группе и их мощности не отличаются более чем в 4 раза, то суммирование нагрузок (Рi) осуществляется через коэффициенты одновременности (Ко) , отдельно для дневного и вечернего максимумов (табл. 3.1).

Рд= Ко•?Рдi,

Рв= Ко•?Рвi,

Рдi, Рвi - дневная и вечерняя нагрузки на вводе

Коэффициент одновременности для сетей напряжением 0,38 кВ принимаются по таблице 4.1

Таблица 4.1. Коэффициент одновременности

Число потребителей	Жилые дома с удельной нагрузкой на вводе	Жилые дома с электроплитами и водонагревателями	Производственные потребители
	до 2 кВт/дом	св. 2 кВт/дом
2 3 5 7 10 15 20 50 100 200 500 и более	0,76 0,66 0,55 0,49 0,44 0,40 0,37 0,30 0,26 0,24 0,22	0,75 0,64 0,53 0,47 0,42 0,37 0,34 0,27 0,24 0,20 0,18	0,73 0,62 0,50 0,43 0,38 0,32 0,29 0,22 0,17 0,15 0,12	0,85 0,80 0,75 0,7 0,65 0,60 0,55 0,47 0,40 0,35 0,30

.

Расчет производится суммированием нагрузок на вводе или на участках сети с учетом коэффициента одновременности отдельно для дневного и вечернего максимумов нагрузки.

Для расчета электрических сетей необходимо знать значения полных мощностей на участках. Расчет полной мощности на участках линии определяется по формуле:

Таблица 4.2. Расчетные мощности на участках сети 380 В

№ линии	Ко	Расчетный участок (см. таб. 2.1)	Расчетная мощность, протекающая по участку, кВт	Коэффициент мощности участка	Расчетная мощность участка, кВ-А
			Дн (Рв) Веч	Дн СОSцв Веч	Дн SВ Веч §в
Тп-1	0,85	20	7-1	0,7=0,75	10-1,3
	0,85	9	38,2-14,4	0,7-=0,75	54,5-19,2
	0,85	11	63,7-38,2	0,92-0,96	69,2-39,7
	итого				133,7-60,2
Тп-2	0,85	18	47,7-47,7	0,92-0,96	51,8-49,6
	0,85	13	38,2-25,5	0,75-0,78	50,9-32,6
	0,85	17	76,5-45,9	0,75-0,85	102-54
	итого				204,7-136,2
Тп-3	0,22	1	50,4-84,51	0,92-0,96	54,7-88,03
	0,85	6	19,5-19,5	0,82	23,7
	0,85	19	30,9-30,9	0,98	31,5
		итого			109,9-143,23
Тп-4	0,85	14	40,8-15,3	0,92-0,96	44,3-15,9
	0,85	15	12,7-4,2	0,92-0,96	13,8-4,3
	0,85	4	36,5-36,5	0,9	40,5
	0,85	2	42,5-42,5	0,95	44,7
		итого			143,3-105,4
Тп-5	0,85	8	36-36	0,75-0,80	48-45
	0,85	5	46-46	0,75-0,80	61,3-57,5
		итого			109,3-102,5

5. Определение сечений проводов линий электропередачи

Для воздушных линий электропередачи (ВЛ) применяются многопроволочные алюминиевые и сталеалюминиевые провода, а также провода из алюминиевых сплавов. Для ВЛ напряжением 35 кВ и выше применяют, как правило, сталеалюминиевые провода. Для ВЛ напряжением до 35 кВ в настоящее время получают все большее распространение самонесущие изолированные провода СИП.

Экономически целесообразное сечение провода (кабеля) определяется из соотношения:

,

I_экв - эквивалентный ток,

J_эк - нормированное значение экономической плотности тока, для сети 0,38 кВ 0,5…0,7, К_П - поправочный коэффициент.=1,29



Выбираем провод марки СИП

Номинальное сечение основных жил, мм2	Допустимый ток нагрузки, А	Допустимый ток односекундного к.з., кА
	СИП	Защищенные провода	СИП	Защищенные провода
		20 кВ	35 кВ
35	160	200	220	3,2	3,0

6. Выбор защитных устройств

Аппаратом защиты называется аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь при ненормальных режимах. В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители. Аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать максимальному значению тока короткого замыкания в начале защищаемого участка электрической сети.

Выбор автоматического выключателя

Воздушные автоматические выключатели в основном предназначены для защиты электроустановок напряжением до 1000В от коротких замыканий и перегрузок. Автоматы могут быть также использованы для нечастых оперативных включений и отключений. Автоматы дороже плавких предохранителей, более сложны по конструкции, имеют большие габаритные размеры. Однако ряд существенных преимуществ автоматов по сравнению плавкими предохранителями обусловил их широкое применение в электроустановках разных назначений. Проверка сети 380/220 В по условию обеспечения автоматического отключения линии при однофазных к.з.

В соответствии с ПУЭ для обеспечения быстрого срабатывания защиты при однофазных к.з., ток однофазного к.з. должен быть не менее трехкратного значения номинального тока плавкой вставки предохранителя или теплового расцепителя автомата.



ТП	Imax	Марка автомата	Iн расц
1	224	А3710Б	250
2	172	А3710Б	160
3	241	А3710Б	250
4	241	А3710Б	250
5	184	А3710Б	250

7. Выбор коммутационной аппаратуры

Автоматические выключатели предназначены для проведения тока в нормальных условиях и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. В автоматах не применятся какой-либо специальной среды для гашения дуги. Дуга гасится в воздухе.

По числу полюсов автоматы бывают одно-, двух-, трех- и четырех-полюсными, изготавливаются на токи до 6000 А при напряжении переменного тока до 660 В и постоянного до 1000 В. Отключающая способность достигает 200-300 кА. В аварийных ситуациях автоматы обеспечивают одновременное отключение всех трех фаз. По времени срабатывания (t_СР) различают:

*нормальные автоматические выключатели с t_СР = 0,02-0,1 с;

*селективные с регулируемой выдержкой времени до 1 с;

*быстродействующие с t_СР ? 0,005 с.



Заключение

В данном курсовом проекте выполнен расчет электроснабжения населенного пункта и электрических сетей района. Найдены расчетные нагрузки, произведен расчет и выбор трансформаторных подстанций. Все рассчитанные данные снесены в таблицы, произведен расчет токов короткого замыкания, выбор и проверка аппаратуры защиты.



Литература

1. Алиев И.И. электротехнический справочник/ И.И. Алиев; 4-е изд., испр. - М.: РадиоСофт, 2001 - 380 с.

2. Комаров Д.Т. Резервные источники электроснабжения сельскохозяйственных потребителей / Д.Т. Комаров, Н.Ф. Молоснов - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 88 с.

3. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций/ Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

4. Проектирование систем сельского электроснабжения: учебное пособие. Барнаул: АГАУ, 2014. 65 с. Белый В.Б.

5. Правила устройства электроустановок [Текст]. ? 7-е изд. ? М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005.

6. Проектирование систем сельского электроснабжения: Учеб. Пособие.2-е изд., и доп. / Л.П. Костюченко, А.Б. Чебодаев. Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2005. - 184 с.

7. Электроснабжение сельского хозяйства: Учеб. - метод. пособие для самостоятельной работы / Л.П. Костюченко. Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2002. - 64 с.

8. Электроснабжение: Учебное пособие. / Л.П. Костюченко, А.Б. Чебодаев. Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2006. - 347 с.

9. Электроснабжение сельского хозяйства/ И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

Размещено на Allbest.ru

...