Кафедра электроснабжения промышленных предприятий имени А.А. Федорова

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Факультет энергетики и электротехники

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий имени А.А. Федорова

 

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по учебной дисциплине: «САПР систем электроснабжения»

Вариант 27

 

Выполнил: студент

группы ЗЭЭ-12-13

Дюдина А.А.

 

Проверил:

доцент Атаманов М.Н.

 

 

Чебоксары – 2016

 

Содержание

1. Расчет электрических нагрузок в сети напряжением до 1000 В

2. Выбор плавких предохранителей для защиты АД и РП

3. Выбор воздушных автоматических выключателей для защиты АД и РП

4. Компенсация реактивной мощности в электрической сети напряжением до 1000 В

5.1 Выбор сечений проводников на 1, 2 и 4 уровнях

5.2 Выбор цеховых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции

5.3 Расчет токов короткого замыкания

6. Оценка влияния сварочного выпрямителя на СЭС

7. Определение потерь и отклонений напряжения в электрической сети до 1000 В

 

Исходные данные

Напряжение на главной понизительной подстанции (ГПП):

- номинальное напряжение на высшей стороне ГПП U_гпп.вн = 110 кВ;

- номинальное напряжение на низшей стороне ГПП U_гпп.нн = 10 кВ.

Мощность короткого замыкания (КЗ) на секции распределительного устройства (РУ) низшего напряжения (НН) ГПП S_к = 215 МВА.

Расстояния:

· от ГПП до корпуса промышленного предприятия, l = 1,90 км;

· от РУ 0,4 кВ трансформаторной подстанции (ТП) до распределительного пункта (РП), l₁= 85 м:

· от РП до электроприемника (ЭП), I уровень, l₂= 19 м.

Высоковольтные потребители:

а) Синхронные двигатели - нососы:

§ Производительность. Рном = 1250 м³/мин.

§ Коэффициент загрузки Кз=0,92

б) Источник высших гармоник (ИВГ) – сварочные выпрямители:

§ Мощность ИВГ, S_{ном ИВГ} = 1,05 МВА.

§ Число фаз выпрямления -2.

в) Низковольтные потребители при напряжении сети U_ном.с = 0,38 кВ состоят из трех групп: 1 – станки; 2 – прессы.

Параметры низковольтных потребителей приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

 

Таблица 1.1

 

Исходные данные цеха

Тин установки	Количество ЭП (ni), шт.	Рномi, кВт	cosφi	Kиi
1 станки		16,0	0,5	0,25
2 прессы		42,0	0,8	0,65

 

Таблица 1.2

Исходные данные РП

Тин установки	Количество ЭП (ni), шт.	Рномi, кВт	cosφi	Kиi
1 станки		16,0	0,5	0,25
2 прессы		42,0	0,8	0,65

 

Примечание: В таблицах 1.1 и 1.2 приняты следующие обозначения:

Р_номi – номинальная активная мощность i -го ЭП;

cosφ_i – коэффициент мощности i -го ЭП;

K_иi – коэффициент использования i -го ЭП;

n_i – количество Э11 в i -го группе.

Схема электроснабжения корпуса

 

Схема электроснабжения предприятия состоит из источников питания и линий электропередачи, осуществляющих подачу электроэнергии к предприятию, через трансформаторную подстанцию (ТП), где трансформаторы Т1 и Т2 понижают напряжение с 35 кВ до 6 кВ, для питания высоковольтных потребителей МG1, МG2, МG3, ИВГ1 и связывающих кабелей (КЛ) и токопроводов, обеспечивающих на требуемом напряжении подвод электроэнергии к ее потребителям.

Трансформаторы Т3 и Т4 понижают напряжение с 6 кВ до 0,4 кВ для питания низковольтных потребителей (АД – асинхронный двигатель (М)).

Выключатели Q1 … Q15 предназначены для оперативного переключения и вывода в ремонт элементов схемы.

Секционные выключатели QВ1 и QB2 выполняют функцию автоматического ввода резерва (АВР).

Автоматы QF1 … QF9 предназначены для оперативного переключения и вывода в ремонт элементов схемы.

Конденсаторные батареи (СВ) вырабатывают реактивную мощность для уменьшения потерь в трансформаторе.

Предохранитель FU защищает АД от токов короткого замыкания.

Для повышения надёжности электроснабжения применяется двухтрансформатор­ная подстанция с раздельной работой трансформаторов в нормальном режиме. Раздельная работа трансформаторов позволяет значительно снизить уровни токов короткого замыкания, упрощаются схема коммутации и релейной защиты.

На рисунке 2.1 приведена схема электроснабжения корпуса.

 

Рисунок 2.1. Схема электроснабжения корпуса

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа №2

Выбор плавких предохранителей для защиты асинхронного двигателя и распределительного пункта

Общие сведения

Плавкие предохранители устанавливаются во всех нормально незаземленных фазах. Запрещается их установка в нулевых проводниках. Защита плавкими предохранителями осуществляется или только от коротких замыканий (КЗ), или от КЗ и перегрузок.

Защита только от КЗ устанавливается в тех случаях, когда перегрузка невозможна по технологическим причинам или функция защиты от перегрузки передана другому аппарату, например магнитному пускателю, установленному последовательно в этой же цепи.

Исходные данные для расчёта

Рассматриваем выбор плавкого предохранителя для схемы, показанной на рисунке 2.1.Автоматизированный расчет делаем для рисунков 2.1 и 2.2.

Плавкий предохранитель осуществляет защиту только от КЗ, поскольку функция защиты передана магнитному пускателю КМ.

Из таблицы 1.1 выбираем максимальную мощность Р_номi = 12 кВт при U_ном.с = 0,38 кВ.

Защищаемым потребителем является асинхронный двигатель (АД). Его данные взяты из раздела 1 и занесены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

 

Исходные данные АД

Номинальная активная мощность на валу АД (), кВт	Кратность пускового тока	Коэффициент мощности , о.е.	Коэффициент полезного действия (), о.е	Пуск двигателя
	7,5	0,89	0,9	легкий

 

 

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Исходные данные

- высшее напряжение подстанции, питающей сеть 6 кВ (U_{ГПП, ВН}) – 110 кВ;

- стоимость за 1 кВт ч электроэнергии (β) – 4,5 руб./(кВт·ч) для Чувашэнерго;

- удельная стоимость батарей конденсаторов 0,38 кВ (k_у) – 500 руб/квар для Чувашэнерго;

- номинальное напряжение СД (U_ном.СД) – 6 кВ;

- номинальная активная мощность СД (P_ном.СД) – 1250 кВт;

- коэффициенты аппроксимации: (D₁) – 7,73 кВт, (D₂) – 7,29 кВт (вычислены по программе КRМ);

- коэффициент загрузки СД (k_з) – 0,9;

- индексы 1, 2, 3, 4 обозначают этапы расчета.

 

Вспомогательные расчеты

Расчет ведем поэтапно, но сначала выполним вспомогательные расчеты.

Удельная стоимость потерь мощности

где число часов использования максимума нагрузки, = 4000 ч/год

число часов использования максимума потерь, = 2400 ч/год

Затраты первые БК

где усредненные удельные потери активной мощности в конденсаторах 0,38 кВ, с.79 [1];

Е – ежегодные отчисления от капиталовложений для БК, с. 79 [1];

где нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, с.79 [1];

ежегодные отчисления от капиталовложений на амортизацию, с.79 [1];

ежегодные отчисления от капиталовложений на обслуживание, с.79 [1].

Затраты первые СД

 

где номинальная реактивная мощность СД, квар.

 

где средневзвешенный тангенс для , с. 12,

усредненное значение КПД СД, [8].

Затраты вторые СД ,

где количество одинаковых СД в группе, , рисунок 7.1.

Располагаемая реактивная мощность СД Q_м, квар):

где наибольший коэффициент загрузки по реактивной мощности. определяется следующим образом:

Экономический коэффициент реактивной мощности ()

где базовый коэффициент реактивной мощности, = 0,5 [4] для U_{ГПП, ВН} = 35 кВ;

коэффициент отличия стоимости электроэнергии, из распечатки КRМ, = 0,9 для Чувашэнерго, с.52.

Экономическая реактивная мощность энергосистемы (, квар):

где

Примечание: В формуле (4.11) 1,1 - коэффициент, учитывающий осветительную нагрузку ( 10%); средняя активная нагрузка на один трансформатор, из распечатки на с.22.

Допустимая через трансформатор мощность (, квар)

где = 0,7 – максимальный коэффициент загрузки трансформатора для двухтрансформаторной подстанции в нормальном режиме, п. 2.1.21 [5];

номинальная мощность трансформатора Т2.

Расчетная мощность трансформатора (, кВА)

где

Примечание; В формуле (7.14) средняя активная нагрузка по цеху, из распечатки на с.21.

Из [8] выбираем трансформатор с

Рассчитаем по формуле (7.12)

Расчетная реактивная нагрузка на один трансформатор (, квар)

где средняя реактивная нагрузка на один трансформатор, = 718,483 квар с.22.

Лабораторная работа № 5

Основные положения

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение короткого замыкания (КЗ) в сети или элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ, а также для быстрого восстановлениянормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определятьтоки КЗ и по ним выбирать электрооборудование, защитную аппаратуру исредства ограничения токов КЗ.

Расчетная схема

Согласно ПУЭ в электроустановках до 1 кВ расчетное напряжение каждой ступени принимается на 5 % выше номинального напряжения сети; кроме того, если электрическая сеть питается от понижающих трансформаторов, при расчете токов КЗ необходимо исходить из условия, что подведенное к трансформатору напряжение неизменно и равно его номинальному напряжению.

Учитывая вышесказанное, получаем расчетную схему, показанную на рисунке 5.2.

Кроме первой расчетной схемы в выпускной работе рассматривается схема сучетом активного сопротивления переходных контактов, схема показана на рисунке 5.3.

На рисунках 5.2 и 5.3 приняты следующее обозначение - номера узлов

Исходные данные

Исходные данные для первой расчетной схемы:

Номинальные параметры трансформатора (Т), таблица 5.1:

v = 1600 кВА;

v =110 кВ;

v =0,4 кВ;

v 16,5 кВт;

v = 5,5%.

Номинальные параметры вводного автомата (QF1):

v номинальный ток вводного автомата, = 4000 А примечание

v активное сопротивление автомата, = 0,00010 Ом с. 139 [1];

v реактивное сопротивление автомата, = 0,00005 Ом с. 139 [1].

Номинальные параметры автомата для защиты РП:

v номинальный ток вводного автомата, = 250 А

v активное сопротивление автомата, = 0,0011 Ом с. 139 [1];

v реактивное сопротивление автомата, = 0,0005 Ом c.139 [1].

Параметры кабеля:

v номинальное сечение кабеля, = 185 мм²;

v Материал — алюминий;

· активное сопротивление кабеля, = 0,169 Ом/км с.139 [1];

· реактивное сопротивление кабеля, = 0,0596 Ом/км с. 139 [1];

· длина кабельной линии, = 0,085 км

Параметры провода:

v номинальное сечение изолированного провода в трубе, = 35 мм²

v Материал - алюминий;

v активное сопротивление провода, = 0,92 Ом/км с. 141 [1];

v реактивное сопротивление провода, = 0,0637 Ом/км с.141 [1];

v длина кабельной линии, 0,019км.

Примечание:

1. Номинальный ток вводного автомата = 4000 А для трансформатора ТМ1600/6, с.435[1];

2. Номинальный ток автомата = 250 А

3. Система является источником бесконечной мощности;

4. фазное ЭДС системы;

5. Сечение провода на первом уровне =35 мм².

6. Индексы 1,2,3,4,5,6 принимаются в нумерациях соответствующих узлов схемы, рисунок 5.3.

Расчет токов трехфазного КЗ

В выпускной работе ручной расчет проведем только для первой схемы (рисунок 5.2). Составим ее схему замещения (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4 Расчетная схема замещения

 

Активное сопротивление трансформатора (,Ом):

Полное сопротивление трансформатора (, Ом):

Индуктивное сопротивление трансформатора (, Ом):

Реактивное сопротивление кабельной линии (, Ом):

Активное сопротивление кабельной линии ( Ом):

Реактивное сопротивление изолированного провода (, Ом):

Активное сопротивление изолированного провода (, Ом):

Периодический ток КЗ в i- ом узле схемы, (, кА)

где суммарное индуктивное сопротивление от начала схемы до i- гоузла;

суммарное активное сопротивление от начала схемы до i- гоузла.

 

Ударный ток КЗ в i- ом узле (, кА)

где ударный коэффициент в i- ом узле

где постоянная времени затухания i- го узла

где промышленная частота сети, = 50 Гц 3].

 

Расчет тока КЗ в узле 2:

Расчет тока КЗ в узле 3:

Расчет тока КЗ в узле 4:

Расчет тока КЗ в узле 5:

Расчет тока КЗ в узле 6:

Результаты расчетов сведем в таблицу 5.2

Таблица 5.2

Результаты расчетов токов КЗ

Номер i-го узла	Периодический ток КЗ (), кА	Ударный ток КЗ (), кА	Ударный коэффициент (), кА
	42,01	92,02	1,54947
	41,491	89,277	1,5215
	36,346	67,25	1,3085
			1,000

 

Основные положения

В процессе выработки, преобразования, распределения и потребления электроэнергии имеют место искажения формы синусоидальных токов и напряжений.

Главной причиной искажений являются вентильные преобразователи, электродуговые, сталеплавильные и рудно-термические печи, установки дуговой и контактной электросварки.

Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, вызывают падения напряжения в сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения.

Высшие гармоники тока и напряжения оказывают отрицательное воздействие на электрооборудование системы электроснабжения, потребителей электроэнергии, системы автоматики, релейной защиты, телемеханики и связи. Протекание несинусоидального тока в линиях электропередачи, трансформаторах и электрических машинах вызывает дополнительные потери активной мощности, уровень которых может достигать нескольких процентов от потерь при синусоидальном токе. Несинусоидальные токи перегружают конденсаторные батареи, емкостное сопротивление которых обратнопропорционально порядку гармоник. В результате этого конденсаторные батареи неработают: они или отключаются вследствие перегрузки по току или за короткий срок выходят из строя в результате вспучивания, а иногда взрывов.

Исходные данные

Источником высших гармоник (ИВГ) является вентильный преобразователь,который генерирует 11-ую и 13-ую гармоники тока, с.89 [1].

Исходные данные для элементов схемы:

- Система (генератор):

§ напряжение системы (U_ср) – 6,3 кВ;

§ мощность КЗ системы (S_к) – 215 МВА,

- Кабельная линия (КЛ):

§ материал жил КЛ – алюминий;

§ сечение КЛ (F_ном) – 185 мм²;

§ длина КЛ1 (l₁) – 1,9 км;

§ удельное реактивное сопротивление КЛ1 (x_уд) – 0,073 Ом/км;

§ удельное активное сопротивление КЛ1 (r_уд) – 0,167 Ом/км,

- Трансформатор, таблица 5.1:

§ номинальная мощность трансформатора (S_{ном, Т}) – 1600 кВА;

§ высшее напряжение трансформатора (U_ном.ВН) – 6,0 кВ;

§ низшее напряжение трансформатора (U_ном.НН) – 0,4 кВ;

§ напряжение КЗ трансформатора (U_K) – 5,5%;

§ мощность КЗ трансформатора (ΔP_K) – 16,5 кВт.

- ИВГ – вентильный преобразователь:

§ расчетная мощность ИВГ (S_{р, ИВГ} = S_{ном, ИВГ}) – 1,05 МВА.

- Нагрузка:

§ активная мощность нагрузки (Р_нг = 1,1 Р_с,Т) – 950,07 кВт;

§ реактивная мощность нагрузки (Q_нг).

Расчетная схема

Схема для расчета несинусоидальности показана на рисунке 6.1

Рисунок 6.1 Расчетная схема

 

Примечание: На рисунке 6.1 обозначены: i– номер узла, N–тип элемента.

Вспомогательный расчёт

Определим ток ИВГ п -ой гармоники

где расчетная мощность ИВГ;

номинальное напряжение сети в точке подключения ИВГ;

п_г – номер гармоники.

Определим ток ИВГ для 11-ой гармоники

Расчет будем вести в относительных единицах. Базисные величины выписываем с экрана при расчете несинусоидальности напряжения в программе NЕSIN:

• базисная мощность (S_б) – 100 МВА;

• базисное напряжение со стороны ВН () – 6,3 кВ;

• базисный ток со стороны ВН (, кА):

• базисное напряжение со стороны НН (, кВ):

Параметры схемы:

Реактивное сопротивление системы (, о.е.)

Активное сопротивление системы (, о.е.)

Реактивное сопротивление кабельной линии (, о.е.)

Активное сопротивление кабельной линии (, о.е.)

Реактивное сопротивление трансформатора (, о.е.)

Активное сопротивление трансформатора (, о.е.)

Определим полную мощность нагрузки (, МВА)

Определим активное сопротивление нагрузки (, о.е.)

Реактивное сопротивление нагрузки (, о.е.)

Определим коэффициент искажения кривой напряжения (К_U)(коэффициент несинусоидальности).

На рисунке 6.2 показана схема замещения для n - ой гармоники.

Рисунок 6.2 Расчетная комплексная схема замещения

 

На рисунке 6.2 приняты следующие обозначения:

ток в первой ветви n -ой гармоники, о.е.;

ток во второй ветви n -ой гармоники, о.е.;

ток от ИВГ n -ой гармоники, о.е.

Все расчеты будут показаны для 11-ой гармоники, остальные гармоникирассчитывается аналогично. Далее результаты для всех гармоник будут занесены втаблицу 6.1.

Комплексное сопротивление системе для n -ой гармоники (, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления системы для n -ой гармоники (, о.е.)

Комплексное сопротивление системы для 11-ой гармоники (, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления системы для 11 -ой гармоники(, о. е.)

Комплексное сопротивление нагрузки для n -ой гармоники (, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления нагрузки для n -ой гармоники (,о.е.)

Комплексное сопротивление нагрузки для 11 -ой гармоники (, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления нагрузки для 11 -ой гармоники

Комплексное сопротивление в первой ветви для n -ой гармоники(, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления в первой ветви для n -ой гармоники(, о.е.)

Комплексное сопротивление в первой ветви для 11 -ой гармоники(, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления в первой ветви для 11-ой гармоники(, о.е.)

Комплексное сопротивление во второй ветви для n -ой гармоники (, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления во второй ветви для n -ой гармоники(, о.е.)

Комплексное сопротивление во второй ветви для 11-ой гармоники(, о.е.)

Модуль комплексного сопротивления в первой ветви для 11 -ой гармоники(, о.е.)

Полное комплексное сопротивление последовательной цепи для 11-ой гармоники (, о.е.)

Z₁₁=( + ()=

Модуль полного комплексного сопротивления последовательной цепи для 11-ой гармоники (, о.е.):

Ток от источника тока ИВГ для n -ой гармоники (, о.е.)

Токи в первой и во второй ветвях определяются по методу чужого сопротивления:

Ток от источника тока ИВГ для 11-ой гармоники (, о.е.)

Ток в первой ветви для 11-ой гармоники (, о.е.)

Ток во второй ветви для 11 -ой гармоники (, о.е.)

Рассчитаем напряжение в каждом узле относительно нулевой точки для n -ой гармоники по формулам (6.26), (6.27), (6.28):

 

Напряжение в первом узле, относительно нулевой точки для 11 -ой гармоники (, о.е.)

Напряжение во втором узле, относительно нулевой точки для 11-ой гармоники (, о.е.)

Напряжение в третьем узле, относительно нулевой точки для 11 -ой гармоники (, о.е.)

Остальные расчеты сведены в таблице 6.1, 6.2 и 6.3

Таблица 6.1

Результаты расчётов сопротивления

Номер гармо-ники, v

 

Таблица 6.2

Результаты расчётов тока и напряжения

Номер гармо-ники, v	Ток первой ветви,	Ток второй ветви,	Напряжение первого узла,	Напряжение второго узла,