Расчет системы электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

« Южно-Уральский государственный университет»

(национально-исследовательский университет)

Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ)

г. Усть-Катаве

Кафедра: Электромеханика

Курсовая работа

по дисциплине: «Системы электроснабжения»

Выполнил:

Студент группы 423

Серебряков О.Н.

Проверил:

Преподаватель

Сафонов В.И.

г. Усть-Катав 2016

Задача № 1

Расчёт электрических нагрузок

Исходные данные:

На рисунке 1 представлен один из вариантов электроснабжения низковольтного распределительно пункта (НРП), установленного в одном из цехов машиностроительного завода. Питание НРП осуществляется от 1 с.ш. цеховой трансформаторной подстанции по кабельной линии напряжением 0,4 кВ (КЛ-0,4 кВ) длиной 100 м. От НРП питаются четыре асинхронных двигателя, паспортные данные которых приведены в таблице 1.

электрический электроснабжение напряжение ток замыкание

	Uн, кВ	Рн , кВт	ПВ,%	cosц\tgц	з, о.е.	kиа
М3	0,4	15	25	0,85/0,62	0,95	0,3
М4	0,4	25	60	0,7/1,02	0,95	0,7
М5	0,4	20	60	0,8/0,75	0,95	0,4
М6	0,4	15	60	0,9/0,48	0,95	0,5
М7	0,4	2	100	0,85/0,62	0,95	0,1

Требуется: 1) выбрать сечение кабельной линии от цеховой ТП до НРП; 2) определить напряжение на НРП при пуске каждого из двигателей; 3) обеспечить на НРП выполнение требований по качеству ЭЭ.

Расчет электрических нагрузок ведется согласно РТМ 36.18.32.4.92 «Инструктивные и информационные материалы по проектированию электрических установок. - М.: ВНИПИ ТПЭП, 1992.»

Приведем паспортные номинальные мощности АД с заданным ПВ_н к ПВ=100% ( длительный режим ) по следующему выражению (1.1):

Р_{Н пв=100%} = Р_Н*

Тогда паспортная номинальные мощность двигателей, приведенных к ПВ=100%, будет равна:

Р_{Н3 пв=100%} = 15* =7,5 кВт

Р_{Н4 пв=100%} =2 5* =19,4 кВт

Р_{Н5 пв=100%} = 20* =15,5

Р_{Н6 пв=100%} = 15* =11,6

Р_{Н7 пв=100%} = 2

Далее определим среднее значения активных и реактивных модностей группы АД по выражениям:

P_c =*k_иаi

Q_c=k_иаitgц



Тогда:

Р_с=15*0,3+25*0,7+20*0,4+15*0,5+2*0,1=37,7

Q_c=15*0,3*0.62+25*0,7*1.02+20*0,4*0.75+15*0,5*0.48+2*0,1*0.62=30.4

Определим средневзвешенное значение tg ц _св , К_иа для нагрузки, подключенной к НРП:

tgц==

K_иа=

Определим эффективное число электроприемников для НРП по выражению:

n _э=

Согласно РТМ 36.18.32.4.92 расчетная нагрузка НРП определяется как для второго уровня системы электроснабжения и определяется по следующим выражениям :

Р_р=К_ра**k_uai (1/6)

Q_p=K_pp**k_uai*tgц₁

где К_ра - расчетный коэффициент по активной мощности, который определя-ется по таблицам согласно РТМ 36.18.32.4.92 и равен 1,2;

К_рр - расчетный коэффициент по реактивной мощности, который приближен-но определяется по следующей формуле:

K_pp1+ =1+ =1.0833

Тогда активная и реактивная расчетные нагрузки будут равны:

Р_р=1.2*37.7=45.2 kBa

Q_p=30.4*1.0833=32.9 kBa

Для выбора проводника необходимо знать расчетный ток, который определим по известной формуле:

I_p=12.3*3=36.8кВт

Согласно ПУЭ (таблица 1.3.7) выбираем кабель, проложенный в воздухе с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией сечением 25 мм². Примечание: для четырехжильных кабелей допустимый длительный ток определяется с коэффициентом 0,92.

Определим потери напряжения в КЛ 0,4 кВ от протекание расчетной мощности по формуле:

где r_кл, x_кл - активное и индуктивное сопротивление КЛ, которые определяют-ся соответственно r_кл=r₀*l=1,17*0,1=0,117 Ом и x_кл= x₀*l=0,066*0,1=0,0066 Ом



%

Следовательно, данное сечение КЛ удовлетворяет требованием качества ЭЭ ГОСТ 13109-97.

Определение пиковых токов

Требуется определить пиковый ток для схемы, изображенной на рисунке 1 (см.задачу 1). Пусть двигатели, подключенные к НРП запускаются в разное время. Тогда пусковой ток будет определяться пусковым током наиболее мощного двигателя и расчетным током, обусловленным работой ЭП не участвующие в пуске.

Рассчитаем пусковой ток по следующему выражению (2.1):

I_пик=I _пуск.max+I'_{p .} (2.1)

где I_пуск.max - наибольший пусковой ток;

I'_p - расчетный ток, определяемый без участия одновременно пускаемых ЭП.

Расчетный ток I'_p определятся аналогично по методике, изложенной в задаче 1.

Тогда среднее значения активных и реактивных мощностей группы АД (Н4,Н5,Н6,Н7) будут равны:

P_c =*k_иаi

Q_c=k_иаitgц

Тогда:

Р_с=15*0,3+20*0,4+15*0,5+2*0,1= 20,2

Q_c=15*0,3*0.62+20*0,4*0.75+15*0,5*0.48+2*0,1*0.62=12,5

Согласно выражениям(1.3 и 1.4) tg ц _св , К_иа будут равны:

tц_св== ?

K_иа=

Определим эффективное число электроприемников согласно выражению (1.5):

n _э=

По выражениям (1.6) определим активную и реактивную расчетную нагрузку:

Р_р=К_ра**k_uai=20.2*1.4= 28.3

Q_p=K_pp**k_uai*tgц₁=12.5*1.09 = 13,6

K_pp1+ =1+ =1.09

Тогда расчетный ток I_p' будет равен А:

I_p' =47,7*3=143,2

Пусковой ток для двигателя М4 определяется по выражению(2.2):



=К_п*I_n=K_п

Тогда:

=5,5* =286 А

Далее по выражению (2.1) определим пиковый ток НРП:

I_пик=I _пуск.max+I'_p=143,2+286=429,2 А

Задача №2

Исходные данные:

Кроме НРП, указанного в задаче 1, к секциям шин цеховой ТП присоединена следующая нагрузка 2-ой категории по надежности электроснабжения.

	Описание нагрузки
Н4	Двухзвенный преобразователь частоты с ШИМ нагруженный на двигатель мощностью 150 кВа
Н5	Выпрямитель мостовой тиристорный и автономный инвертор нагруженный на двигатель мощностью 200 кВа
Н6	Нагрузка мощностью 300кВа и250кВАр
Н7	Нагрузка мощностью 500кВа и400кВАр

Точка балансовой принадлежности находится на ВН трансформатора.

Мощность КЗ в этой точке составляет 100МВА.

Требуемый системой тангенс - не более 0,35.

Требуется:

1. Выбрать трансформаторы ТП и емкость батареи КУ;

2. Определить ток КЗ на шине НРП;

3. Определить коэффициент не синусоидальности напряжения на шинах ТП.

Выбор числа и мощности трансформаторов, устанавливаемых в цехах промышленных предприятий. Компенсация реактивной мощности

Исходные данные:

На рисунке 2 представлена схема цеховой ТП. Считаем, что нагрузка на ТП равномерно распределена по двум секциям шин и равна Р_р=1150 кВт; 1 случай Q_р1=250 кВАр и 2 случай Q_р2=400 кВАр. Потребители данного цеха относятся ко второй категории по надежности электроснабжения.

Поскольку потребители цеха относятся ко второй категории по надежности электроснабжения, то принимаем к установке два трансформатора с допустимым коэффициентом загрузки в нормальном режиме работы k_з.н=0,7 и в послеаварийном режиме k_з.а=1,4.

Определим номинальную мощность устанавливаемых трансформаторов по выражению (3.1) :

S_тн (3.1)

Тогда:

S_тн = 821кВт

Принимаем к установке трансформаторы типа ТМ-1000/10. Паспортные данные трансформатора:Д P_хх=2,2 кВт, Д P_кз=12,2 кВт, I_хх,%=1,4% и U_кз,%=8%.

Определим реактивную мощность, которую могут пропустить трансформаторы по формуле (3.2):

Тогда:

кВАр

Отметим, что Q_1р может оказаться как больше, так и меньше потребной в цехе реактивной мощности Q_р. Поэтому реальная величина реактивной мощности, пропускаемая трансформаторами :

Q_p. при Q_1pQ_p

Q₁=

Q_p. при Q1pQp

Рассмотрим два случая:

Первый случай, когда Q_р1=250 квар. Следовательно, ТП могут пропустить всю реактивную мощность. Определим коэффициент загрузки в нормальном и послеаварийном режимах:

к_зн= = =0.59

к_зa= = =1.17

Второй случай, когда Q_р2=400 кВАр. Следовательно, ТП может пропустить всю реактивную мощность. Определим коэффициент загрузки в нормальном и послеаварийном режимах:

к_зн= = =0.61

к_зa= = =1.2

Третий случай. Предположим, что точка балансовой принадлежности находится на стороне 0,4 кВ. Тогда энергосистема устанавливает предельное значение tg_э=0,35. Поэтому предельное значение реактивной мощности, которую нам может дать энергосистема будет равна:

Q_э=Р_р*tgц_э=1150*0,35=403 кВАр

Определяем мощность НБК по формуле:

Q_нбк=Q_р-Q_э=798 - 403=395 кВАр

Принимаем к установке НБК УКМ 58 - 04 - 100 - 20 мощностью 4x100

При этом коэффициент загрузки в нормальном и послеаварийном режимах:

к_зн= = =0.61

к_зa= = =1.2

Рассмотрим как влияет коэффициент загрузки трансформатора на потери активной и реактивной мощностей в нем. Потери активной и реактивной мощности определим по следующим формулам:

Р_т=N_T*Р_хх +Р_кз*k_зн²)

Q_т=N_T*I_хх +U_кз%*k_зн²)*

Произведем расчеты для трех случаев и результаты расчета сведем в таблицу 1.

	1 случай	2 случай	3 случай
Рт кВт	8,6	8,9	8,9
Qт кВАр	10,1	10,6	10,6

Расчет токов короткого замыкания

Исходные данные: Трансформатор мощность S_нт=1000 кВА, P_кз=12,2 кВт, U_кз,%=8%. КЛ 0,4кВ - F=25 мм²; r₀=1,17 Ом/км и x₀=0,066 Ом/км, l=100 м.

Переходное сопротивление автоматического выключателя r_пер=15мОм.

Мощность короткого замыкания на шинах 10кВ равна 100МВА.

Требуется: Рассчитать токи трехфазного и однофазного короткого замыкания на шинах НРП.

Рис. 5 - а) схема электроснабжения цеха; б) схема замещения.

Для расчета токов короткого замыкания необходимо составим схему замещения, которая изображена на рисунке 5-б и определить ее параметры:

- индуктивное сопротивлении энергосистемы:

х_с=1.6*10^-3 Ом

- активное, индуктивное и полное сопротивление силового трансформатора:

r_T = Д P_кз* = 1.95*10^-3 Ом

z_T =12.8*10^-3 Ом

х_т= = = 12.7*10^-3 Ом

- активное и индуктивное сопротивление КЛ 0,4 кВ

r_кл=r₀*l=1,17*0,1=0,117 Ом =117 мОм

x_кл= x₀*l=0,066*0,1=0,0066 Ом=6,6 мОм

Таким образом, полное сопротивление на пути трехфазному току короткого замыкание будет определяться по следующему выражению:

== =150,4 мОм

Следовательно, ток трехфазного короткого замыкания будет равен:

=1535,5 А

Для расчета однофазного тока короткого замыкания, следует найти из справочника сопротивление трансформатора однофазному току КЗ. В нашем случаи сопротивление трансформатора однофазному току КЗ равно мОм.

Расчетное выражение для определения однофазного ТКЗ имеет следующий вид:

Где = =264,4 мОм

Тогда:

А

Расчет коэффициента несинусоидальности

Рассмотрим изменение уровней напряжений и токов высших гармоник на сборных шинах 380В цеховой ТП, от которой питается вентильный преобразователь переменного тока в постоянный для трех случаев:

1) При отсутствии батареи конденсаторов (БК);

2) При наличии БК;

3) Для защиты БК от токов высших гармоник установлен защитный реактор.

Исходные данные:

К цеховой, двух трансформаторной подстанции, с трансформаторами мощностью по S_нт=1000 кВА с U_кз,%=8%, подключены:

- группа асинхронных двигателей S_АД=77 кВА с кратностью пускового тока каждого двигателя равной К_п=5;

- преобразовательный агрегат S_ЧП =150 кВА. Мостовая шестипульсная схема выпрямления, которая генерирует гармоники порядка н=5,7,11,13 и т.д.

- выпрямитель мостовой тиристорный и автономный инвертор нагруженный на двигатель S_BT=200 кВа

S_ПА= S_ЧП+ S_BT= 150+200=350 кВа

-мощность короткого замыкания на вводах 10 кВ трансформатора S_кз=100 МВА.

- мощность низковольтной батареи конденсаторов Q_БК=400 кВАр. Схема изображена на рисунке 6 а.

Требуется: Определить коэффициент несинусоидальности напряжения для трех случаев.

Составим схему замещения для расчета высших гармоник. Для упрощения расчета примем активные сопротивления элементов схемы равным нулю.

Определим параметры схемы замещения (см. рисунок 6.1а):

- индуктивное сопротивлении энергосистемы н-й гармонике

х_с н =1.6*10^-3 Ом

- индуктивное сопротивление силового трансформатора н-й гармонике:

х_Tн =12.8*10^-3 Ом

- индуктивное сопротивление группы АД н -й гармонике:

х_Д н== =0,375* н Ом

- емкостное сопротивление батареи конденсаторов н -й гармонике:

Х_к н = Ом

Рассчитаем величины токов высших гармоник, генерируемые преобразовательным агрегатом:

I_н=

где I₁ - ток первой гармоники преобразовательного агрегата, равный:

Расчет величины токов высших гармоник, генерируемые

преобразовательными агрегатами сведены в таблицу 2.1.

н	5	7	11	13
Iн А	106,4	76	48,5	41

Рассмотрим первый случай (отсутствуют БК)

Схема замещения для данного случая представлена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2

Напряжение высших гармоник определим по следующей формуле:

U_н=I_н*x_э1н

где х_э1н - эквивалентное индуктивное сопротивление схемы, равное:

х_э1н =

Расчет величины уровней напряжения высших гармоник на сборных шинах 380 В сведен в таблицу 2.2

н	5	7	11	13
Uн B	7,3948	7,3948	7,41565	7,4087

Коэффициент несинусоидальности определяется по формуле:

k_uн=*100%

Тогда,

k_uн=*100%=%

Согласно ГОСТ 13109-97 к_uн имеет допустимое значение.

Рассмотрим второй случай (наличие БК)

Схема замещения для данного случая представлена на рисунке 2.3

Рис. 2.3

Напряжение высших гармоник определим по следующей формуле:

U_н=I_н*x_э2н

где x_э2н - эквивалентное индуктивная проводимость схемы , равное

x_э2н= =

Расчет величины эквивалентного индуктивного сопротивления схемы и уровней напряжения высших гармоник на сборных шинах 380 В сведен в таблицу 2.3.

н	5	7	11	13
xэ2н	0,0675	0,0945	0,1485	0,1755
Uн B	7,182	7,182	7,2023	7,1955

Коэффициент несинусоидальности определяется по формуле:

k_uн=*100%=

Согласно ГОСТ 13109-97 к_uн имеет допустимое значение, но лучшее в сравнении с работой без БК.

Определим токи высших гармоник, протекающие через БК по формуле:

I_kv=

Результаты расчета сведены в таблицу 2.4

н	5	7	11	13
Xkн	0.08	0.0571	0.0364	0.0307
I kн A	89.775	125.779	197.865	234.381

Полный ток, протекающий через БК рассчитывается по формуле:

где I_к1 - ток первой гармоники БК, равный

тогда,=1,15

Следовательно, условия нормальной работы БК не нарушаются.

Размещено на Allbest.ru

...