Проектирование электрической сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Курсовая работа посвящена проектированию электрической сети.

В данной курсовой работе изложены основные положения и произведен расчет электрической сети. Он состоит из выбора вариантов электрической сети, расчета мощностей на участках электрической сети, выбора номинального напряжения для различных схем электрической сети, выбор сечений проводов электропередач, проверку сечений проводов линий электропередач по току, по потере напряжения. В работе приводится результат проверки провода линий электропередач сложнозамкнутой электрической сети на механическую прочность.

Введение

Современные энергетические системы состоят из сотен связанных между собой элементов, влияющих друг на друга. Однако проектирование всей системы от электростанций до потребителей с учетом особенностей элементов с одновременным решением множества вопросов нереально. Поэтому общую глобальную задачу необходимо разбить на задачи локальные, которые сводятся к проектированию отдельных элементов системы. Однако проектирование должно проводиться с учетом основных условий совместной работы элементов, влияющих на данную проектируемую часть системы.

Электрические сети являются неотъемлемой частью современного мира. Они созданы для передачи и распределения электрической энергии на большие расстояния между регионами, городами, предприятиями и внутри здания. Следуя из вышесказанного, также можно сказать, что проектирование и расчет таких сетей должно иметь большую значимость, чтобы предотвратить возможные происшествия при разных природных условиях (дождь, гроза, снег, лед) и режимах работы (обрыв, короткое замыкание).

1. Выбор вариантов электрической сети: радиальной, кольцевой и сложнозамкнутой

Выбор конструкции электрической сети.

Для электроснабжения заданного района принимаем воздушные линии электропередач со стальными опорами. Провода - голые, сталеалюминиевые (марка АС).

Для электроснабжения потребителей первой и второй категории применяем двухцепные ЛЭП, а для третьей категории - одноцепные. В замкнутых системах сети все линии выполняются одноцепными.

Составление схем вариантов проектируемой сети.

По заданному расположению источника питания и потребителей электроэнергии составляем схемы вариантов электрической сети. Находим расстояние между районной электрической станцией (РЭС) и подстанциями, и между подстанциями.

1.1 Радиальная схема электрической сети

Расстояние между РЭС и всеми подстанциями.

(1)

(2)

(3)

Количество цепей на схемах условно показано в виде засечек на линиях - одна засечка соответствует одноцепной ЛЭП, две - двухцепной.



Рисунок 1 - Радиальная схема электрической сети

1.2 Кольцевая схема электрической сети.

Расстояние между РЭС и всеми подстанциями и между подстанциями 1-2, 2-3.

(4)

(6)

(7)

Рисунок 2 - Кольцевая схема электрической сети

1.3 Сложнозамкнутая схема электрической сети

Расстояние между РЭС и подстанциями 1,2,3 и между подстанциями 1-2, 2 - 3.

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

Рисунок 3 - Сложнозамкнутая схема электрической сети

2. Расчет мощностей на участках электрической сети

Таблица 1 - Исходные данные для расчета мощностей на участках электрической сети

№ подстанции	1	2	3
Pmax	68	52	41
cos	0,76	0,81	0,72

2.1 Расчет мощностей на участках радиальной схемы электрической сети

Задаем направление мощностей в схеме электрической сети.

Рисунок 4 - Направление мощностей в радиальной схеме электрической сети

Расчет производим без учета потерь мощности на линии электропередачи, поэтому мощность на участках электрической сети равна мощности потребителей. Используем метод расщепления сети и расчет проводим по активной мощности.

(13)

(14)

(15)

Расчет реактивной мощности.

(16)

(17)

(18)

Расчет полной мощности.

(19)

(20)

(21)

2.2 Расчет мощностей на участках кольцевой схемы электрической сети

Задаем направление мощностей в схеме электрической сети.

Рисунок 5 - Направление мощностей в кольцевой схеме электрической сети

Предполагаем, что сеть является однородной, т.е. сечения всех проводов одинаковые тогда расчет производим через длины линии вместо сопротивления. Используем метод расщепления сети и расчет производим по активной мощности. Находим активную мощность на участках ЛЭП 0 - 1, 0 - 3.

(22)

(23)

(24)

(25)

Найдем активные мощности остальных участков по первому закону Кирхгофа для узлов 1 и 3.

(26)

(27)

Проводим проверку. Сумма мощностей на головных участках (участки, отходящие от РЭС) равна сумме мощностей потребителей.

,(28)

,(29)

(30)

Расчет реактивной мощности. Так как расчет баланса мощностей не проводился, то принимаем коэффициент мощности сети равным 0,9.

(31)

(32)

(33)

(34)

Расчет полной мощности.

(35)

(36)

(37)

(38)

2.3 Расчет мощностей на участках сложнозамкнутой схемы электрической сети

Задаем направление мощностей в схеме электрической сети.

Предполагаем, что сеть является однородной, т.е. сечения всех проводов одинаковые тогда расчет производим через длины линии вместо сопротивления. Используем метод расщепления сети и расчет производим по активной мощности. Найдем активные мощности участков методом контурных уравнений.



Рисунок 6 - Направление мощностей в сложнозамкнутой схеме электрической сети

Составляем уравнение для контура: 0 - 2 - 1 - 0.

.(39)

Составляем уравнение для контура: 0 - 3 - 2 - 0.

.(40)

Пусть известные мощности P₀₁, P₀₂.

Неизвестные мощности по участкам ЛЭП выражаем через известные мощности нагрузок и контурные мощности.

(41)

(42)

.(43)

Подставим полученные выражения в уравнение контура 0-2-1-0.

,(44)

,(45)

,(46)

,(47)

,(48)

,(49)

(50)

,(51)

(52)

(53)

Уравнения запишем в виде системы.

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

Используя полученные значения , находим оставшиеся мощности.

(62)

,(63)

(64)

Проводим проверку. Сумма мощностей на головных участках (участки, отходящие от РЭС) равна сумме мощностей потребителей.

(65)

(66)

(67)

Расчет реактивной мощности. Так как расчет баланса мощностей не проводился, то принимаем коэффициент мощности сети равным 0,9.

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

Расчет полной мощности.

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

3. Выбор номинального напряжения для вариантов схем электрической сети

3.1 Выбор номинального напряжения для радиальной схемы электрической сети

Исходные данные.

(78)

(79)

Определяем ориентировочное напряжение.

(80)

(81)

(82)

(83)

Исходя из полученных расчетов ориентировочного напряжения, выбираем стандартное номинальное напряжение для данной электрической сети равным 150 кВ.

3.2 Выбор номинального напряжения для кольцевой схемы электрической сети

Исходные данные.

, .

.

Определяем ориентировочное напряжение.

(84)

(85)

(86)

(87)

Исходя из полученных расчетов ориентировочного напряжения, выбираем стандартное номинальное напряжение для данной электрической сети равным 220 кВ.

3.3 Выбор номинального напряжения для кольцевой схемы электрической сети

Исходные данные:

Р₀₁=0,11, МВт, Р₀₂=101,11, МВт, Р₀₃=59,78, МВт, Р₁₂=67,89, МВт, Р₃₂=18,78, МВт.

Определяем ориентировочное напряжение.

Исходя из полученных расчетов ориентировочного напряжения, выбираем стандартное номинальное напряжение для данной электрической сети равным 220 кВ.

4 Выбор сечений проводов линий электропередач электрической сети

4.1 Выбор сечений линий электропередач для радиальной схемы электрической сети.

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

4.2 Выбор сечений линий электропередач для кольцевой схемы электрической сети

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

4.3 Выбор сечений линий электропередач для сложнозамкнутой схемы электрической сети.

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Выбираем ближайшее стандартное сечение .

Минимальное сечение для линий на напряжение 220 кВ по условию короны , поэтому принимаем сечение .

Минимальное сечение для линий на напряжение 220 кВ по условию короны , поэтому принимаем сечение .

Минимальное сечение для линий на напряжение 220 кВ по условию короны , поэтому принимаем сечение .

Результаты расчетов и выбора проводов ЛЭП сведем в таблицу 1.

Таблица 1 - Результат расчетов и выбора проводов ЛЭП

Вариант электрической сети	Участок электрической сети	Р, МВт	I, А	, мм2	, мм2	n
Радиальная	0-1 0-2 0-3	68 52 41	140,11 107,16 84,48	140,11 107,16 84,48	150 120 120	2 2 2
Кольцевая	0-1 0-3 1-2 2-3	108,41 52,59 40,41 11,59	304,61 167,97 113,54 32,57	304,61 167,97 113,54 32,57	300 240 240 240	1 1 1 1
Сложнозамкну-тая	0-1 0-2 0-3 1-2 2-3	0,11 101,11 59,78 67,89 18,78	0,31 281,23 167,97 190,76 52,77	0,31 281,23 167,97 190,76 52,77	240 300 240 240 240	1 1 1 1 1

5. Проверка сечений проводов линий электропередач по току в наиболее тяжелом аварийном режиме

5.1 Проверка сечений проводов линий электропередач радиальной схемы электрической сети

За аварийный режим принимаем обрыв одной из двухцепной линии.

Расчет аварийных токов.

Все сечения проводов линий электропередачи прошли проверку по допустимому току в аварийном режиме.

5.2 Проверка сечений проводов линий электропередач кольцевой схемы электрической сети

Для замкнутой схемы наиболее тяжелые аварийные режимы - это обрывы головных участков 0 - 1, 0 - 2.

Обрыв линии участка 0 - 1.

Рисунок 7 - Обрыв линии 0-1 кольцевой схемы электрической сети

Обрыв линии участка 0-3.

Рисунок 8 - Обрыв линии 0-3 кольцевой схемы электрической сети

электрическая сеть мощность напряжение

Все сечения проводов линий электропередачи прошли проверку по допустимому току в аварийном режиме.

5.3 Проверка сечений проводов линий электропередачи сложнозамкнутой схемы электрической сети

Для сложнозамкнутой схемы наиболее тяжёлые аварийные режимы - обрывы головных участков 0 - 1, 0 - 2, 0 - 3.

Обрыв линии 0 - 1.

Рисунок 9 - Обрыв линии 0-1 сложнозамкнутой схемы электрической сети

Обрыв линии 0-3.

Рисунок 10 - Обрыв линии 0-3 сложнозамкнутой схемы электрической сети

Обрыв линии 0-2.

Аварийные мощности на участках электрической сети при обрыве линии 0-2 будут соответствовать мощностям на участках кольцевой электрической сети.

МВт.

Рисунок 11 - Обрыв линии 0-2 сложнозамкнутой схемы электрической сети

Все сечения проводов линий электропередачи прошли проверку по допустимому току в аварийном режиме.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты расчетов проводов ЛЭП по току в наиболее тяжелый аварийный режим

Вариант электрической сети	Участок электрической сети	з, МВт	, мм2	А	А	мм2
1	2	3	4	5	6	7
Радиальная	0-1 0-2 0-3	68 52 41	150 120 120	450 390 390	344 247,1 219,18	150 120 120
Кольцевая	0-1 0-3 1-2 3-2	161 161 93 120	300 240 240 240	690 610 610 610	469,46 469,46 198,28 349,91	300 240 240 240
Сложнозамкнутая	0-1 0-2 0-3 3-2 1-2	94,31 66,69 59,81 41 68	240 300 240 240 240	610 690 610 610 610	275 295 174,4 57,76 197,96	240 300 240 240 240

По результатам расчетов составляем таблицу характеристики проводов ЛЭП (таблица 3).

где активное и индуктивное сопротивления провода на 1 км ЛЭП;

емкостная проводимость 1 км ЛЭП;

число цепей.

Таблица 3- Характеристика проводов ЛЭП

Вариант эл. сети	Участок эл. сети	Марка провода	Ом/км	Ом/км	См/км	L, км	n	Ом	Ом	См
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Радиальная	0-1 0-2 0-3	АС-150 АС-120 АС-120	0,198 0,249 0,249	0,434 0,441 0,441	2,608 2,568 2,568	44 93 135	2 2 2	4,36 11,58 16,81	9,55 20,51 29,77	229,5 477,65 693,36
Кольцевая	0-1 0-3 1-2 2-3	АС-300 АС-240 АС-240 АС-240	0,097 0,121 0,121 0,121	0,429 0,435 0,435 0,435	2,64 2,6 2,6 2,6	44 135 78 71	1 1 1 1	4,27 16,34 9,44 8,59	18,88 58,73 33,93 30,89	116,16 351 202,8 184,6
Сложнозамкнутая	0-1 0-2 0-3 1-2 2-3	АС-240 АС-300 АС-240 АС-240 АС-240	0,121 0,097 0,121 0,121 0,121	0,435 0,429 0,435 0,435 0,435	2,6 2,64 2,6 2,6 2,6	44 93 135 78 71	1 1 1 1 1	5,32 9,02 16,34 9,44 8,59	19,14 39,9 58,73 33,93 30,89	114,4 245,52 351 202,8 184,6

6. Проверка проводов линий электропередач по потере напряжения в нормальном и аварийном режимах

Произведем проверку электрической сети по потере напряжения до наиболее удаленной от РЭС подстанции в нормальном и аварийном режимах.

Проверку выполняем, учитывая только продольную составляющую вектора падения напряжения.

Схемы вариантов радиальной и кольцевой проектируемой сети выполнены на U_ном = 150 кВ, а сложнозапкнутая- на 220 кВ. То допустимая потеря напряжения в нормальном режиме

ДU_{доп.н.р.} = (0,15 - 0,20) · 150 = 22,5 - 30 кВ,

ДU_{доп.н.р.} = (0,15 - 0,20) · 220 = 33 - 44 кВ.

Допустимая потеря в аварийном режиме ДU_{доп.ав.р.} = (0,20 - 0,25) ·150= 30 - 37,5 кВ, ДU_{доп.ав.р.} = (0,20 - 0,25) ·220= 44 - 55 кВ.

6.1 Проверка по потере напряжения радиальной схемы электрической сети

Полные мощности на участках электрической сети.

Произведем проверку данного варианта схемы проектируемой сети в нормальном режиме. Условие: .

Произведем проверку данного варианта схемы проектируемой сети в послеаварийном режиме (обрыв одной из двухцепной линии).

Условие:

6.2 Проверка по потере напряжения кольцевой схемы электрической сети

Полные мощности на участках электрической сети.

Произведем проверку данного варианта схемы проектируемой сети в нормальном режиме. Проверка сети по потери напряжения осуществляется для точек электрически наиболее удаленных. В нормальном режиме для кольцевой схемы электрической сети это точка 1. Условие:

Произведем проверку данного варианта схемы проектируемой сети в послеаварийном режиме. Условие:

Обрыв линии 0-1.

Обрыв линии 0-3.

6.3 Проверка по потере напряжения сложнозамкнутой схемы электрической сети

Полные мощности на участках электрической сети.

Произведем проверку данного варианта схемы проектируемой сети в нормальном режиме. Проверка сети по потери напряжения осуществляется для точек электрически наиболее удаленных. В нормальном режиме для кольцевой схемы электрической сети это точка 3. Условие:

Произведем проверку данного варианта схемы проектируемой сети в послеаварийном режиме. Условие:

Обрыв линии 0-1.

Обрыв линии 0-3

Обрыв линии 0-2.

7. Проверка проводов линий электропередач сложнозамкнутой электрической сети на механическую прочность

Расчет на механическую прочность линии 0-1 АС240/39.

Сечение алюминия; F_a =236,05 мм².

Сечение стали; F_ст =38,61мм².

Диаметр провода d =21,6 мм².

Диаметр стального сердечника d_ст=6,3 мм².

Расчетный вес километра провода G=952 кг/км.

Сечение провода.

мм².

Удельная нагрузка от веса провода.

.

Удельная нагрузка от веса гололеда.

.

Удельная нагрузка от веса провода и гололеда.

.

Удельная нагрузка на провод свободный от гололеда и давления ветра.

.

где б - коэффициент неравномерности скоростного напора по пролету воздушной линии,

б=0.85 при q_V?400, Па,

C_x- аэродинамический коэффициент лобового сопротивления провода,

C_x=1.2 - для проводов с диаметром менее 20 мм и для всех проводов покрытых гололедом.

Удельная нагрузка на провод покрытый гололедом, от давления ветра.

.

Результирующая удельная нагрузка от веса провода и давления ветра на провод, свободный от гололеда.

.

(218)

Результирующая удельная нагрузка от веса провода, гололеда и давления ветра на провод, покрытый гололедом.

.

Определение критического пролета.

.

где - допустимое напряжение провода.

Расчет провода ведем по алюминию. Допускаемое напряжение в алюминии при коэффициенте запаса прочности равном 2.

.

б - температурный коэффициент линейного расширения.

б=2310^-6 град^-1 - температурный коэффициент линейного расширения для алюминия.

t_г= -5⁰С - температура образования гололеда.

t_НЗ - наименьшая температура в районе.

t_НЗ = -24⁰С - наименьшая расчетная температура для г. Оренбурга.

м.

Для провода АС 240 при толщине стенки гололеда 20 мм наибольший допускаемый промежуточный пролет 350 м. Выбираем длину пролета l=200 м.

Наибольшее напряжение материала провода наступает при гололеде, ветре со скоростью V_Г =14.5 м/с и температуре образования гололеда t_г=-5⁰С.

Приближенное значение критической температуры.

Коэффициент упругости удлинения провода.

.

Отношение сечений алюминия и стали.

.

Модуль упругости стали.

Модуль упругости алюминия.

,

.

Температурный коэффициент линейного расширения стали.

.

Температурный коэффициент линейного расширения алюминия.

,

,

.

Критическая температура провода выше высшей температуры воздуха, тогда наибольшая стрела провеса воздушной линии в данной местности будет при гололеде без ветра.

Температурное напряжение алюминия.

При t_НЗ = -24⁰С.

кг/мм².

При t_Г = -5⁰С.

кг/мм².

Напряжение алюминия, которое можно допустить от механических нагрузок при t_НЗ = -24⁰С.

кг/мм².

При t_Г = -5⁰С.

кг/мм².

Допустимое фиктивное напряжение по проводу при t_НЗ = -24⁰С.

кг/мм².

При t_Г = -5⁰С.

кг/мм².

Определим фиктивное напряжение провода при высшей температуре воздуха.

,

,

.

Решая это кубическое уравнение подбором, получим3,15 кг/мм².

Наибольшая вертикальная стрела провеса провода.

м.

Напряжение материала при среднегодовой температуре t_ср.г =1.27⁰С провода, свободного от гололеда и ветра.

,

,

.

Решая это кубическое уравнение подбором, получим3,21 кг/мм².

Напряжение, которое можно допустить в проводе при среднегодовой температуре t_ср.г =1.27⁰С.

- следует применять виброгасительные устройства.

Длина провода в пролете при t_НБ = 28⁰С.

м.

L>l на 0,2 %, т.е. на очень незначительную величину.

Список использованных источников

1. Александров В.В. Методическое указание к выполнению расчетно-графического задания по дисциплине «Электрические сети»

2. Рокотян С.С. Справочник по проектированию электроэнергетических систем.- М.:Энергоатомиздат, 1990г

Размещено на Allbest.ru

...