Усилители напряжения. Электроснабжение и электрооборудование
![]()
|
Итого на служебные и бытовые помещения приходится Рсл= 6,3 кВт. . Общая мощность освещения ![]() Где S – мощность освещения ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Где ![]() ![]() ![]() РПЗ-1 Выбор числа и мощности трансформаторов связи на электростанции ![]() Рис. 1.1.1 Структурная схема ЭС Дано: Тип генератора – TBC -32-2 Vr=10,5 кВ сosφr = 0,8φг nгру = 4 nбл = 3 P мин = 40 МВт Р макс = 50 МВт Cosφн =0,96 Pсн = 10 % (0,1) Требуется: Составить структурную схему электростанции (ЭС) Рассчитать и выбрать трансформаторы Оnределить Кз , Smn , Vлэп Решение: S1р = √(Prnгру — Pмин — Pснnгру)2 + (Qr - Qмин – Qснnгру)2 =√(32*4-40-0,1*4)2 + (9,28*4-1,16-10,208*4)2 =87,7 МВ*А (1.1) Qr Pr tan фr=32*0,29 = 9,28 МВар (1.2) Qмин = Pминtan фн =40*0,029 = 1,16 МВар (1.3) Рсн = 0,1Pr =0,1*32 =35,2 МВар (1.4) Qсн = Pминtan фr =35,2*0,29 = 10,208 МВар (1.5) Qмакс = Pмаксtan фr =50*0,029 = 1,45 МВар (1.6) S2p = √(Рrnгру – Pмакс – Pснnгру)2 + (Qrnгру - Qмакс - Qснnгру)2 = √(32*4-50-0,1*4)2 + (9,28*4-1,45-10,208*4)2=78 МВ*А (1.7) nгру = nгру-1 =4-1=3 (1.8) S3p = √ (Рrnгру - Pмакс - Pснnгру)2 + (Qrnгру - Qмакс - Qснnгру)2 = √(32*3-50-0,1*3)2 + (9,28*3-1,45-10,208*3)2 = 45,9 МВ*А (1.9) Примечание. Знак «минус» в первой скобке подкоренного выражения означает, что недостающая мощность потребляется из ЭСН. Определяется расчётная мощность блочного трансформатора Sбл.р = √ (Рr -Рсн) 2 + (Qr - Qсн)2 = √(32-0,1)2 + (9,28-10,208)2 =31,9 МВ*А (1.10) Sт.бл ≧ 0,7*S1p = 0,7*87,7 =61,39 МВ*А (1.11)Определяется передаваемая мощность Р пер = Р r n r - P сн n r - Р мин = 32*7-35,2-40=148,8 МВ*А (1.12) S лэп = S пер / K пот = Р пер / cos ф r х K пот = 148,8/0,8*1,08 =172,2 МВ*А (1.13)Определяется напряжение передачи V вн = V лэп = (1…10)* Р пер = (1…10)*148,8 = 148,8…1488 Кв (1.14)Согласно шкале напряжения принимается V вн = 220 кВ Таблица (1.1)
Наносятся необходимые данные ( S лэп ,V лэп ) на структурную схемуОтвет: на ЭС выбраны трансформаторы связи ГРУ-ТДН 63000-220/10,5 ; К з.гру = 0,71; БЛ – ТРДН -63000-220/10,5 ; Кз.бл = 1; S лэп =172,2 МВ*АРПЗ-2 Расчёт ЛЭП и выбор неизолированных проводов ![]() S пер = 186МВ*А V пер = 148.8кВ Cos φлэп = 0,9
Т м = 7000Ч Требуется: Составить структурную схему ЛЭП Рассчитать и выбрать проводники Определить потери ΔSлэп, ΔVлэп Решение: Составляется структурная схема ЛЭП и наносятся данные (рис. 1.2.1) По экономической плотности тока определяется расчетное сечение проводов и приводится к стандартному значению S эк = Y м.р / j эк = 722,54/1 =722,54 мм 2 (2.1) Y м.р = S пер /√3 V пер = 186 х 10 2 / A (2.2) j эк = F (Т м , ал) = F (7000, A л) = 1,0 А /мм 2 (2.3) Определяется оптимальная длина ЛЭП L лэп = (0,3...1) V пер = (0,3...1) х 220 = 66...220км (2.4) Принимается L лэп = 100 км Определяется сопротивление ЛЭП Rлеп= ![]() ![]() r0= ![]() Xлеп=x0*Lлэп=0,08*100=8 Ом (2.7) Определяются потери мощности в ЛЭП ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принимается ![]() Sлеп=Sпер- ![]() Определяются потери напряжения в ЛЭП Vлеп= ![]() Ответ: АСКП*(3*120), Iдоп=3*375А; Lлэп100 км; ∆Sлэп=2 МВ*А; ∆Vлэп =4,3% РПЗ-3 Расчёт и выбор трансформаторов (автотрансформаторов) на узловой распределительной подстанции ![]() Sлэп=187 МВ*А Vлэп=220 кВ Vэнс=110 кВ P1=200 МВт V1=6.3 кВ сosφ1=0.92 P2=80 МВт V2=35 кВ cos φ2=0.83 Рис.1.3.1 Структурная схема УРП Требуется: Составить структурную схему УРП. Рассчитать и выбрать трансформаторы. Проверить АТ на допустимость режима работы. Решение: Составляется структурная схема УРП для согласования четырех различных напряжений (рис. 1.3.1), наносятся необходимые данные. Определяются полные мощности потребителей. S1= ![]() ![]() S2= ![]() ![]() Определяю я расчетные мощности трансформаторов и автотрансформаторов по наибольшему значению: Sат ≥ Sат.р = 0.7 Sлэп = 0.7*187=130.9 МВ*А. (3.3) Sт ≥ Sт.р=0.7 S2=0.7*58.8=41.2 МВ*А (3.4) По таблицам А.3 и А.4 выбираются трансформаторы и автотрансформаторы, определяются K3 2 х АТДЦТН 125000-220/110/35 2 х ТРДН- 63000-110/10 Vвн=230 кВ Vвн=116кВ Vсн=110 кВ Vнн=10.5-10.5 кВ Vнн=38,5 кВ ΔPхх=50 кВт ΔPхх=65 кВт ΔPкэ=245 кВт ΔPкэ(ВН-СН)=315 кВт, икэ(ВН-СН)=11% икэ=10.5 % ΔPкэ(ВН-НН)=280 кВт, икэ(ВН-НН)=45% ixx=0.5 % ΔPкэ(СН-НН)=275 кВт, икэ(СН-НН)=28% ixx=0.4 % Kз(АТ)= ![]() ![]() Kз(Т) = ![]() ![]() Проверяются АТ на допустимость режима работы согласно условию (2*62.5 МВ*А)Sтип > S1 (33.3 МВ*А). Sтип = KвыгSат=0.5*125=62.5 МВ*А. (3.7) Kвыг=1- ![]() ![]() Кт(ВН-СН)= ![]() ![]() Условие выполняется даже в случае работы на потребителя только одного АТ. Определяется баланс мощностей по УРП: Sэнс=Sлэп-S1-S2=137-33.3-58.8= 44.9 МВ*А. (3.10) Отрицательное значение Sэнс означает, что ЭС обеспечивает потребителей ЭЭ не полностью и 277,375 МВ*А заберается из ЭНС. Ответ: На УРП установлены: 2 х АТДЦТН 125000-220/110/35. Кэ(АТ)=0.55 2 х ТРДН- 63000/110/10. Кэ(Т)=0,47 Sэнс44.9 МВ*А. РПЗ-4 Расчёт потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе Дано: Трансформатор – УРП ТД 80000-220/10.5 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Требуется: Определить потери мощности за год ( ![]() ![]() ![]() Определить потери энергии за год ( ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяются потери реактивной мощности в трансформаторе ![]() ![]() ![]() ![]() Определяются полные потери мощности в трансформаторе ![]() Определяются потери активной энергии в трансформаторе ![]() ![]() По графику определяется ![]() Определяются потери реактивной энергии в трансформаторе ![]() Определяются полной потери энергии в трансформаторе ![]() Ответ: Годовые потери в узловой распределительной подстанции трансформатора электростанции: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() РПЗ-5 Расчёт электрических нагрузок цеха. Выбор числа в мощности питающих трансформаторов Дано: Вариант – 13 Категория ЭСН-2 Электроприёмники - № 3-16-19-20-24-27-28 Электроснабжение и электрооборудование цеха металлоизделий - 450 м2 Требуется: Составить схему ЭСН; Рассчитать нагрузки и заполнить сводную ведомость нагрузок; Выбрать ТП – 10/0,4. Решение: По таблице 1.5.5 по номерам находятся нужные Электроприемники и разбиваются на группы: 3-фазный ДР, 3-фазный ПКР, 1-фазный ПКР, ОУ. Выбирают виды РУ: ШМА, РП, ЩО. Исходя из понятия категории ЭСН-2, составляется схема ЭСН с учетом распределения нагрузки. Так как потребитель 2 категории ЭСН, то ТП – двухтрансформаторная, а между секциями НН устанавливается устройство АВР (автоматическое включение резерва). Так как трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка распределяется по секциям примерно одинаково, а поэтому принимаются следующие РУ: РП1 (для 3-фазного ПКР), РП2 (для 1-фазного ПКР), ЩО, ШМА1 и ШМА2 (для 3-фазного ДР). Такой выбор позволит уравнять нагрузки на секциях и сформировать схему ЭСН (рис.1.5.2) ![]() ![]() Нагрузка 1-фазного ПКР, включенная на линейное напряжение, приводится к длительному режиму и к условной 3-фазной мощности: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 5.2 Схема ЭСН цеха ![]() Определяется методом удельной мощности нагрузка ОУ: ![]() Распределяется нагрузка по секциям. Примечание. Резервные электроприемники в расчете электрических нагрузок не учитываются. Согласно распределению нагрузки по РГ заполняется «Сводная ведомость…» (таблица 1.5.6). Колонки 1, 2, 3, 5, 6, 7. Колонка 4: ![]() Так как РП1, РП2, ЩО электроприемники одного наименования, итоговых расчетов не требуется. ![]() Расчеты производятся для ШМА1 и ШМА2. Определяется ![]() Определяются ![]() Определяются ![]() Определяется nэ= F(n, m, Kи.ср, Pн) = F(8,>3,>0,2, переменная) = 8, результат заносится в колонку 12. Определяется Км = F(Kи.ср, nэ), результат заносится в колонку 13. Определяются ![]() Определяется ток на РУ, результат заносится в колонку 18. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 15, 16, 17. ![]() ![]() ![]() Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности. ![]() с двумя трансформаторами ТМ 400 – 10/0,4; RT= 5,6 мОм; ΔРХХ = 0,950 кВт; ХТ = 14,9 мОм; ΔРКЗ = 5,5 кВт; ZТ = 15,9 мОм; uКЗ = 4,5 %; ZТ(1) = 195 мОм; iXX = 2,1 %. ![]() Ответ: Выбран цех: КТП 2 × 400 – 10/0,4; КЗ = 0,59. РПЗ-6 Расчёт и выбор компенсирующего устройства Пример 1 Дано: Исходные данные из РПЗ-5 Таблица 1
Требуется: Рассчитать и выбрать КУ Выбрать трансформатор с учетом КУ Сравнить с трансформатором без учета КУ Решение: Определяется расчетная мощность КУ ![]() Принимается ![]() По [5,с. 127] выбирается ![]() Определяется фактическое значение ![]() ![]() ![]() ![]() Результаты расчетов заносятся в «Сводную ведомость нагрузок» Определяются расчетная мощность трансформатора с учетом потерь: ![]() ![]() ![]() ![]() По [5, с.110] выбирается трансформатор типа ТМ 400-10/0,4 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таблица 2
Ответ: Выбрано ![]() Трансформаторы ![]() ![]() ![]() РПЗ-7 Определение местоположения подстанции Дано: Генплан 3*2 км с силовыми нагрузками цехов (1 кл. = 0,1 км). Таблица 1
Требуется: Определить координаты ЦЭН активных. Определить координаты ЦЭН реактивных. Нанести данные на генплан . Решение: Наносятся на генплан центры электрических нагрузок (ЦЭН) каждого цеха (рис. 1.7.1), масштаб генплана mг = 0,2 км/см. Определяются радиус кругов активных и реактивных нагрузок, исходя из масштаба генплана . Определяется масштаб активных (mа) нагрузок, исходя из масштаба генплана. Применяются для наименьших нагрузок (Ц5) радиус Rа5 = 0,1 км, тогда: Rа3 = ![]() ![]() Принимается mа = 800 кВт/км2. Определяется радиус для наибольшей нагрузки при принятом масштабе. Rа3 = ![]() ![]() Нанесение нагрузок на генплан в данном масштабе возможно, масштаб утверждается. Определяется радиксы кругов для остальных нагрузок: Rai = ![]() Результаты заносятся в «Сводную ведомость нагрузок цехов» (таблица 7.1) ![]() Рис. 7.1 Картограмма нагрузок Определяется реактивные нагрузки каждого цеха из соотношений. Qi = Pi*tg qi Где tgqi определяется по cosqi Результаты заносятся в «Сводную ведомость нагрузок цехов». Нагрузки кругами наносятся на генплан, активные – сплошной линией, реактивные – штриховкой. Определяется условные ЦЭН активной и реактивной: X0 = ![]() ![]() Ya0 = ![]() ![]() Вблизи точки А(1,55; 0,88) располагается ГПП Xa0 = ![]() ![]() Ya0 = ![]() ![]() Вблизи точки В(1,26; 0,93) располагают ККУ или синхронный копенсатор (СК). Составляются Картограммы нагрузок для всего предприятия и наносят необходимые данные. Ответ: Место установки ГПП и ЦЭН точка А(1,55; 0,88). Место установки ККУ и ЦЭН точка В(1,26; 0,93) РПЗ-8 Расчёт и выбор аппаратов защиты и линий электроснабжения Дано: Электроприемник № 1 (ШМА1, РПЗ-5) КПД = 0,9 электроприемника№1 Требуется: составить расчетную схему ЭСН; рассчитать и выбрать A3; рассчитать и выбрать линии ЭСН (кл). Решение: Составляется расчетная схема ЭСН до электроприемника №1, подключенного к ШМА1 (рис.1). Этот эл.приемник _ компрессорная установка, Рн= 28 кВт; cos ϕ= 0,8; η= 0,9; 3-фазные ДР. На схему наносятся известные данные. Примечание. При составлении расчетной схемы длинну шин НН трансформатора не принимать во внимание, а длину ШМА учитывать. Рассчитываются и выбираются АЗ типа ВА (наиболее современные). Линия Т1 – ШНН,1SF, линии без ЭД: ![]() ![]() ![]() По [5, с.42] выбирается ВА 55-39-3: Vн.а= 380 В; Iн.а= 630 А; Iн.р= 630 А; Iу(п)= 1,25 Iн.п; Iу(кз)= 2Iн.р; Iоткл= 25 кА. Линия ШНН – ШМА1, SF1, линия с группой ЭД: ![]() ![]() ![]() По [5, с.42] выбирается ВА 55-39-3: Vн.а= 380 В; Iн.а= 400 А; Iн.р= 400 А; Iу(п)= 1,25Iн.р; Iу(кз)= 2Iн.р; Iоткл= 25 кА. ![]() Принимается К0 = 5. ![]() Так как на ШИА1 количество ЭД более 5, а наибольшим по мощности является станок карусельный, то ![]() ![]() ![]() ![]() Линия ШМА1 – компрессорная установка, SF, линия с одним ЭД: ![]() ![]() ![]() По [5, с.42] выбирается ВА 55-39-3: Vн.а= 380 В; Iн.а= 100 А; Iн.р= 80 А; Iу(п)= 1,25Iн.р; Iу(кз)= 7Iн.р; Iоткл= 25 кА. ![]() ![]() Принимается К0 = 7. Выбираются линии ЭСН с учетом соответствия аппаратам защиты согласно условию ![]() По [5, с.65, 83] для прокладки в воздухе в помещениях с нормальной зоной опасности при отсутствии мех. Повреждений выбирается кабель марки АВВГ, Кзщ = 1 Линия с SF1: ![]() Выбирается АВВГ - 3×(3×95), ![]() ● Линия с SF: ![]() Выбирается АВВГ - 3×50, ![]() По [5, с.101] выбирается ШРА4-630-32-У3: Vн.ш= 660 В; Iн.ш= 630 А; iд= 35 кА; X0= 0,1 Ом/км; R0= 0,13 Ом/км; Z0= 0,1 Ом/км; ∆u0= 8,5×10-2 В/м. Сечение шинопровода a×b= 80×5 мм. Примечание. Вместо ШМА по току нагрузки устанавливается ШРА. Полученные данные нанести на расчетную схему. Ответ: 1SF, ВА 55-39-3: Iн.р= 630 А; Iу(п)= 1,25 Iн.п; Iу(кз)= 2Iн.р; SF, ВА 55-39-3: Iн.р= 400 А; Iу(п)= 1,25Iн.р; Iу(кз)= 2Iн.р; SF, ВА 55-39-3: Iн.р= 80 А; Iу(п)= 1,25Iн.р; Iу(кз)= 7Iн.р; Выбирается АВВГ - 3×(3×95), ![]() Выбирается АВВГ - 3×50, ![]() ШРА4-630-32-У3 РПЗ-9 Расчёт токов короткого замыкания Дано: Расчетная схема (рис.1). LВН = 3 км Lкл1 = 5 м (длина линии ЭСН от ШНН до ШМА1) Lш = 2 м (участок ШМА1 до ответвления) Lкл2 = 20 м (длинна линии ЭСН ОТ ШМА1 до потребителя) Требуется: Составить схему замещения, пронумеровать точки КЗ; Рассчитать сопротивление и нанести из на схему замещения; Определить точки КЗ в каждой точке и составить «Сводную ведомость токов КЗ». Решение: Составляется схема замещения и нумеруются точки КЗ в соответствии с расчетной схемой. Вычисляют сопротивление элементов и наносят на схему замещения. ![]() Для системы ![]() По [5, с. 71] наружная ВЛ АС-3×10/1,8; Iдоп= 84 А; x0= 0,4 Ом/км; X'с= x0Lс= 0,4×3= 1,2 Ом (9.2) ![]() R'с= r0Lс= 3,33×3= 10 Ом (9.4) Сопротивления приводятся к НН: ![]() ![]() Для трансформатора по таблице 1.9.1 ![]() Для автоматов по таблице 1.9.3 ![]() ![]() ![]() Для кабельных линий по таблице 1.9.5: КЛ1: ![]() ![]() Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то ![]() ![]() ![]() КЛ2: ![]() ![]() ![]() ![]() Для шинопровода ШРА 630 по таблице 1.9.4 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Для ступеней распределения по таблице 1.9.7 ![]() ![]() Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 4 Вычисляются сопротивления до каждой точки КЗ и заносятся в «сводную ведомость». ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяются коэффициенты Ку (рис.1) и g: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяется 3-фазные и 2-фазные токи КЗ и заносятся в «ведомость»: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Сводная ведомость токов КЗ Таблица 1
Составляется схема замещения для расчета 1-фазных токов КЗ (рис.2) и определяется сопротивления. ![]() Рис.2 Сводная ведомость токов КЗ (рис.2). Для кабельных линий ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Ответ: Результаты расчета токов КЗ представлены в «сводной ведомости токов КЗ» (таблица 1). РПЗ- 10 Проверка элементов цеховой сети Дано: Линия ЭНЦ с результатами расчетов АЗ и проводников (пример 1 РПЗ 8), токов КЗ (пример в РПЗ 9) Требуется проверить: АЗ по токам КЗ проводники по токам КЗ линию ЭСЦ по потере напряжения. Решение: Согласно условиям по КЗ АЗ проверяются на надежность срабатывания: ![]() ![]() ![]() Надежность срабатывания автоматов обеспечена; ● на отключающую способность: ![]() ![]() ![]() Автомат про КЗ отключается не разрушаясь на отстройку от пусковых токов. Учтено при выборе К0 для Iу(кз) каждого автомата: ![]() ![]() Согласно условиям проводники проверяются на термическую стойкость: КЛ (ШНН-ШМА): ![]() ![]() По таблице 1.10.3 Tпр(1)= 3,5 с. КЛ (ШМА-Н): ![]() ![]() По таблице 1.10.3 Tпр(11)= 1,7 с. По термической стойкости кабельные линии удовлетворяют на соответствие выбранному аппарату защиты: Учтено при выборе сечения проводника ![]() Согласно условиям шинопровод проверяется на динамическую стойкость: ![]() Для алюминиевых шин ![]() ![]() ![]() Так как Lш= 2 м, то достаточно иметь один пролет l= 3 м. ![]() Принимается установка шин «плашмя» с а – 100 мм. ![]() Шинопровод динамически устойчив на термическую стойкость: ![]() ![]() ![]() (400 мм2) ![]() Шинопровод термически устойчив, следовательно, он выдержит кратковременный нагрев про КЗ до 200 (градусов цельсия). По потере напряжения линия ЭСН должна удовлетворять условию ![]() Составляется расчетная схема для потерь напряжения (рис. 1) и наносятся ноебходимые данные. I1=326,8 А cos ϕк= 0,94 I2= 59,2 А ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Sin ϕк= 0.34 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |