Курсовая. КурсовикОбразец-1. Расчет эксплуатационных характеристик электрической сети и электрической части подстанции производственного объекта Вариант 9
 Скачать 0.77 Mb.
|
Департамент образования и науки Тюменской областиГосударственное автономное профессионально образовательное учреждение Тюменской области «Тюменский колледж производственных и социальных технологий» (ГАПОУ ТО «ТКПСТ») Специальность: 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине МДК 01.02. «Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электротехнического оборудования» Тема: «Расчет эксплуатационных характеристик электрической сети и электрической части подстанции производственного объекта» Вариант 9 Разработал студент: ___________ Кассин Михаил Андреевич Руководитель: ___________ Гребенников Игорь Юрьевич Работа защищена с оценкой «_______» «____»__________2022г Оглавление Введение 3 1Расчет электрических нагрузок 4 2Расчет электрических сетей 7 4Грозозащита и заземление подстанции 10/0,4 кВ 19 Заключение 24 Для более выгодной транспортировки электричества в электросети многократно используют трансформаторы: сначала для увеличения напряжения генераторов на электростанциях пред перевозкой электричества, а потом для снижения напряжения полосы электропередач по приемлемого для покупателей значения. Таковым образом снижаются потери энергии и сокращается расход цветных металлов. Трансформаторы, увеличивая усилие, автоматически уменьшают ток, потому передаваемая емкость остается постоянной. Для данного строят подстанции, распределяющие электричество между группами потребителей (заводами, фабриками, поселками домами и др.). В прогрессивной электроэнергетике основную роль играют силовые трансформаторы, т.е. трансформаторы, служащие для преображения электрической энергии в электросетях и установках, принимающих и использующих ее. 24 Список литературы 25 ВведениеКомплектные трансформаторные подстанции «киоскового типа» (далее КТП) наружной установки для кабельных и воздушных сетей предназначены для приема, транзита, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока напряжением 6-10/0,4 кВ частотой 50 Гц. КТП используются для электроснабжения объектов промышленности, сельского хозяйства, коммунальных потребителей и небольших населенных пунктов, объектов строительства, горноперерабатывающих, нефтегазодобывающих предприятий и других объектов. В моём случае данным объектом является «Кирпичный завод на 1-1,5 млн кирпича в год». Подстанции «киоскового типа» не имеют коридоров обслуживания так как уход за оборудованием осуществляется снаружи (с улицы). Каждая КТП имеет три отсека: отсек ВН, отсек НН, отсек силового трансформатора. Коммутационно-защитное и прочее электротехническое оборудование устанавливается в высоковольтном и низковольтном отсеках без камер и шкафов непосредственно в отсеках на опорных конструкциях. В качестве вводного низковольтного коммутационного аппарата используются рубильник (ВР32-39Ф-В31250-630А-УХЛ3). Предусмотрен учет электроэнергии. Для защиты линий используются автоматические выключатели типа ВА-51-39. Так же в состав РУНН входят трансформаторы тока ТТн-40-400/5, приборы контроля напряжения и тока, блок управления уличным освещением (ЩО-0,4 кВ), ограничители перенапряжений низковольтные (ОПНп-П-0,4), сборные шины (А, B, C). На отходящих линиях установлены автоматические выключатели. На стороне ВН в подстанции КТП установлены проходные изоляторы ИПУ и высоковольтные предохранители ПКТ на 31,5 А. Расчет электрических нагрузокЗаданы потребители части населенного пункта, включающие производственную нагрузку. Таблица 1. Электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей.
1.1 Расчет мощности на участках ВЛ 0,38 кВ Расчетные мощности дневного и вечернего максимума нагрузки определяются по расчетным схемам. Расчетная схема подстанции отражает распределение потребителей по линиям, их конфигурацию, схему подключения потребителей, длину участков связи, принятую номерацию. Для определения полной составляющей нагрузки используем характерные значения сos φ потребителей для дневного и вечернего максимума нагрузки:  , В*А (1) ,ВАр (2)Рассчитаем нагрузки участков отходящих ВЛ 0,38 кВ для ТП-1. Для дневного максимума. P=200 кВт Участок 1:   Для вечернего максимума. P=60 кВ Участок 1:   Результаты расчетов представлены в таблице 2. Таблица 2. Расчет нагрузки на участках ВЛ 0,38 кВ
1.2 Расчет наружного освещения Нагрузки наружного освещения принимают по нормам освещенности улиц и хозяйственных дворов. Нагрузки улиц при освещенности 4 лк. Используем светильник РКУ01-125-008, мощность которого Pсвет=125 Вт. Рассчитываем количество светильников по формуле:  (3)  Количество светильников на участке равно 11 Далее рассчитываем установленную мощность:  (4)   1.3 Расчет нагрузок ТП 10/0,4 кВ и на участках ВЛ 10 кВ Суммарную нагрузку трансформаторной подстанции определяем по расчетным максимальным нагрузкам головных участков отходящих ВЛ с учетом добавок мощности и характерных сos φ и для трансформаторного пункта с нагрузкой смешанного типа. К нагрузкам вечернего максимума добавляем нагрузку наружного освещения. Полную мощность на шинах ТП 10/0,4 кВ определяем по формуле  (6)где  - максимальная полная мощность на линии из числа k; Sосв – мощность, затрачиваемая на линию освещения. Мощность трансформаторов выбирается по наибольшей полной мощности из дневного и вечернего максимума с учетом условия: Sном ≥ Smax (7) где Smax- наибольшая нагрузка подстанции на расчетный период (5 лет). По загрузке в часы днвного максимума и с учетом перспективы роста нагрузок на данной территории за 5 лет в 1,3 раз определяем расчетную мощность трансформатора как  (8) В соответствии с рекомендациями выбираем трансформатор с номинальной мощностью Sном=400 кВА. 400 ≥ 287,2 Параметры ТП приведены в таблице 3 Таблица 3. Технические данные трансформаторов ТМ и ТМН  Таблица 4. Нагрузка трансформаторной подстанции
2.1 Расчет допустимых потерь напряжения Допустимые отклонения напряжения у потребителей в соответствии с ГОСТ 13109-97 составляют ±5%. Надбавка напряжения на шинах районной ТП 35/10 кВ в часы максимума нагрузки составляет +2,5%. Минимальная нагрузка для сельских потребителей принимается Рmin= 0.25* Рmax. В часы минимума напряжение на шинах районной ТП составляет  UТП35/10=0%. Добавку трансформатора КТП принимаем +5%. Потери напряжения в трансформаторе при максимальной нагрузке-4%; при минимальной-1%. Результаты сводим в таблицу 5.Таблица 5. Отклонения напряжения в элементах сети
Отклонение напряжения у потребителя определяется формулой  (9)где  -отклонение напряжения на шинах ТП 35/10;  - добавка и потери в трансформаторе 10/0,4, потеря напряжения в линии соответственно 10 кВ и 0,38 кВ.Допустимая потеря напряжения в линиях 10 и 0,38 кВ при максимальной нагрузке составит  (10)Допустимая потеря напряжения распределяется между воздушной линией 10 кВ и 0,38 кВ приблизительно поровну. Учитывая, что протяженность линии 10 кВ невелика, принимаем: для ВЛ 10кВ-  =4%; для ВЛ 0,38 кВ-  =4,5%.Проверим уровень напряжения у потребителей при минимальной нагрузке 25% от Рmax. При этом учтем, что потери напряжения в линиях и трансформаторе уменьшаются в 4 раза:  что в пределах нормы. 2.2 Выбор сечения проводов ВЛ 0,38 кВ Сечение проводов линий электропередач оказывает влияние на все основные характеристики системы электроснабжения: затраты на сооружение и эксплуатацию, уровень потерь мощности и энергии, надежность электроснабжения и качество электроэнергии. Основными критериями при выборе сечения проводов являются: Технико-экономические показатели Механическая прочность проводов ВЛ Допустимый нагрев проводов Допустимая потеря напряжения Максимальные нагрузки головных участков ВЛ 0,38 кВ не превосходят S=33,3 кВА, что соответствует току  , А (11) где  -номинальное напряжение сети.По рассчитанному максимальному току выбирается сечение алюминиевого провода ВЛ, равного 150 мм2, [2] опираясь на, Приложение Е (Таблица № 1 и № 2), и проверяется по падению напряжению по формуле 12. Основным критерием при выборе сечения сельских распределительных сетей 0,38 кВ и 10 кВ является уровень напряжения у потребителей. При этом выполнение других критериев осуществляется проверкой. Потеря напряжения в линии 0,38 кВ, состоящей из нескольких участков, определяется по формуле  В (12)где  - активная и реактивная мощность участка;  -активное и индуктивное сопротивление участка; - рабочее напряжение ВЛ; n- число участков. Приложение Е. Характеристики проводов ВЛ. Индуктивные сопротивления ВЛ.Поскольку в целях удобства монтажа все участки одной ВЛ 0,38 кВ выполняются проводами одного сечения, Ri=r0*li; Xi=x0*li. Ом.км (13, 14) Тогда формула может быть представлена в виде  ,В (15)или  В (16)где  - суммарный момент активной мощности магистрали (кВт*м);  - суммарный момент реактивной мощности (кВар *м).[2], Приложения Е, Таблица 1 и 2, берём значение r0 и x0 для алюминиевого провода площадью сечения 150 мм2: r0 = 0,21 Ом x0 = 0,292 Ом ВЛ-1 дневного максимума: Максимальный момент активной нагрузки  Максимальный момент реактивной нагрузки   Допустимой потерей напряжения воздушной линии 0,38 кВ является  , В 4.5 %, допустимое падение напряжения на линии 0.38  (17)Потеря напряжения ВЛ в пределах допустимого. Выбираем провод А-150 Результаты заносим в таблицу 6. Таблица 6. Сечения алюминиевых проводов воздушной линии ТП-1
2.3 Расчет линии 10 кВ Допустимая потеря напряжения ВЛ 10 кВ составляет  , В (18)  [2], Приложения Е, Таблица №1 и №2, берём значение r0 и x0 для алюминиевого стального провода площадью сечения 35 мм2: r0 = 0,85 Ом x0 = 0,366 Ом Максимальный момент активной нагрузки  Максимальный момент реактивной нагрузки  Определим потерю напряжения в магистрали при допустимых сечениях провода.  Минимально допустимое по механической прочности сечение АС-16 для ВЛ 10 кВ обеспечивает допустимую потерю напряжения в часы максимальных нагрузок ВЛ. Принимаем для ВЛ 10кВ сечение провода АС-35. Таблица 7. Сечения алюминиевых стальных проводов ВЛ
 Рис.1 Расчётная схема ТП-1и сети 0,38 кВ для расчётов токов КЗ  Рис.2 Схема замещения сети для расчёта токов КЗ Расчет электрической части трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ 3.1 Расчетные схемы с схемы замещения электрической сети Целью расчета токов короткого замыкания является: проверка аппаратов на термическую и электродинамическую стойкость; выбор защитных аппаратов линий и трансформатора; проверка условий надежности, селективности и чувствительности защиты. Zc-сопротивление системы.  ,Ом (19)По данным энергосистемы, установивитийся ток трехфазного короткого замыкания на шинах 10 кВ районной ТП составляет 1,5 кА, ближайшее к 10 кВ напряжение из стандартного ряда 10,5 кВ. Тогда сопротивление системы  -ток трехфазного короткого замыкания на шинах 10кВ районной ТП составляет 1,5кА. Сопротивление системы, приведенное к напряжению 0,4 кВ  ,Ом (20) -коэффициент трансформации( = ) Для ВЛ 10кВ выбран провод АС-35. Длина которого l10=12 км. Активное и индуктивное сопротивления линии составляют  , Ом (21)  , Ом (22)  , Ом (23) Сопротивление ВЛ 10 кВ, приведенное к напряжению 0,4 кВ  , Ом (24) Для ВЛ-1 0.4кВ выбран провод А-150, длина линии 0,38км. Активное и индуктивное сопротивления линии составляют  , Ом (25)  , Ом (26)  ,Ом комплексное сопротивление линии 0.4 кВ (27)Результаты расчета приведены в таблицу 7. Таблица 7. Параметры схемы замещения линий 0,38 кВ.
3.2 Расчет токов короткого замыкания Для ТП-1 ток трехфазного короткого замыкания в точке Кв составит  , А (28) Ток трехфазного КЗ в точке Кв. приведенный к напряжению 10 кВ, будет  , А (29) Ток трехфазного короткого замыкания в точке Кн составит  , А (30) Для определения Zт определяем следующие значения  Ом (31)где  =0,95 кВт потери мощности холостого хода трансформатора (Таблица 3), Uн=0,4 кВ, Sн- мощность выбранного трансформатора. =0,00092 Ом Ом (32) Омгде  =4,7 кВ. (33) где R0=0,008 Ом. Ток трехфазного КЗ в точке К1 ВЛ-1:  , Ом (34) Ток двухфазного короткого замыкания в точке К1 (ВЛ-1):  , А (35) Ток однофазного короткого замыкания в точке К1 (ВЛ-1):  , А (36) где  =220-фазное напряжение;  - полное сопротивление трансформатора при однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ, ZТО=0,32 Ом;  - сопротивление петли «фаза-ноль». , Ом (37)Если сечение фазного и нулевого провода одинаковы, то  (38) Результаты расчетов токов короткого замыкания представляем в таблицу 8. Таблица 8. Расчётные токи короткого замыкания
3.3 Выбор электрических аппаратов ТП 10/0,4 кВ Для ТП-1 максимальный рабочий ток на стороне высокого напряжения составит  ,А (39) Максимальный рабочий ток на стороне высокого напряжения составит  ,А (40) Ударный ток при трехфазном КЗ на шинах 10 кВ  (41)где  - ударный коэффициент. (42) ,68Постоянная времени затухания определяется из соотношения параметров сети короткого замыкания  (43) где Xк=Zс+X10=4,03+4,39=8,42 Ом;  =314;  =R10=10,2 Ом. [2] (стр.64)Ударный ток на шинах высокого напряжения ТП  , А (44) Ударный ток на шинах низкого напряжения ТП  , А (45) Намечаем к установке на ТП разъединитель РЛНД-10Б/315НТ1. Таблица 9. Критерии выбора разъединителя 10 кВ
Для установки на стороне 0,4 кВ ТП принимаем рубильник ВР32-39Ф-В31250-630А-УХЛ3. Таблица 10. Критерии выбора рубильника 0,4 кВ
Выбираем счетчик электронный 2-х тарифный типа «Меркурий 230 ART-03 CN» с Uн = 230/400 В, Iн/max = 5(7,5) А, класс точности = 0,5S. Пусть электроустановка потребляет ток 400А. Выберем измерительный трансформатор тока для счетчика. Выполним проверку измерительного трансформатора ТТн-40-400/5 с коэффициентом трансформации  400/80 = 5А – ток вторичной обмотки при номинальном токе. 5*80/100 = 4А – минимальный ток вторичной обмотки при номинальной нагрузке. Как видим 5А > 4А – требование выполнено. 400*25/100 – 100А – ток при 25%-ной нагрузке. 100/80 =1,25А – ток во вторичной нагрузке при 25%-ной нагрузке. 5*10/100 = 0,5А – минимальный ток вторичной обмотки при 25%-ной нагрузке. Как видим 1,25А > 0,5А – требование выполнено. Вывод: измерительный трансформатор ТТн-40-400/5 для нагрузки 400А выбран правильно. 3.4 Защита силового трансформатора 10/0,4 кВ Силовые трансформаторы защищаются от многофазных КЗ в обмотках и выводах, а также от токов, обусловленных внешними КЗ. Как правило, при мощности трансформаторов с Sн≤1000 кВА для защиты применяют предохранители типа ПК. Плавкая вставка предохранителя выбирается с учетом отстройки от максимального тока нагрузки IПВ≥1,25*Imax p ВН, А (48) IПВ≥1,25*23,09=29 А Выбираем для установки на ТП-1 предохранитель типа ПКТ-101-3-31,5-40 с током плавкой вставки 31,5 А. 3.5 Защита линий 0,38 кВ Для защиты ВЛ 0,38 кВ применяют, как правило, автоматические выключатели типа ВА51, АЕ20, А37, имеющие как тепловой, так и электромагнитный расцепитель. Максимальный рабочий ток в линии определяется как:  , А (49)Для ВЛ-1  Iт≥(1,1-1,3) * Imax p по тепловой защите , А (50) Iт ≥ 1,2 * 436,47=523,76 А. Выбираем автоматический выключатель типа ВА-51-39 с номинальным током теплового расцепителя IТН = 630 А. Коэффициент чувствительности для проверки теплового расцепителя определяется как  , (51)где  - минимальный ток короткого замыкания (однофазного) в удалённой точке ВЛ ( , Таблица 8). Грозозащита и заземление подстанции 10/0,4 кВОт перенапряжений трансформатора 10/0,4 кВ, согласно типовому проекту, защищается вентильными разрядниками: со стороны высокого напряжения – РВО-10, со стороны низкого – РВН-1. В соответствии с ПУЭ произведем расчет заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформатора, при напряжении 380 В не должно превышать 4 Ом. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом естественных заземлений и повторных заземлений нулевого провода при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление повторного заземления выполняется на концах ВЛ или ответвлений на них, длина которых более 200 м, и его значение должно быть не более 30 Ом. Общее сопротивление растекания заземлителей повторного заземления каждой ВЛ не должно превышать 10 Ом при линейном напряжении 380 В. Так как длина отходящих от проектируемой подстанции ВЛ составляет 380 м, общее сопротивление заземляющего устройства 4 Ом целесообразно обеспечить за счет заземляющего устройства ТП, к которому непосредственно присоединена нейтраль силового трансформатора 10/0,4 кВ. Заземляющее устройство выполним в виде квадратного контура со стороной а=10 м, проложенного на глубине lп=0.7 м от поверхности земли стальной полосой сечением 40х4 мм, соединяющей вертикальные стержни длиной l=5м и диаметром d=16 мм. Удельное сопротивление грунта определяем по формуле ρ =kc*kв* ρизм (52) где kc-коэффициент сезонности; kв- коэффициент, зависящий от влажности земли; ρизм- измеренное сопротивление грунта, Ом*м. В средних климатических зонах для вертикальных электродов длиной 3-5 м kс-=1,45-1,115, для горизонтальных электродов длиной 10-15 м kс=3,5-2,0. Принимаем в расчете горизонтальных заземлителей kс=3,5; kв=1; ρизм=50 Ом*м. ρ =3,5*1*50=175 Ом*м. Длина соединительной полосы равно периметру контура заземления Lp=4*a, м (53) lp=4*10=40 м Сопротивление полосы горизонтального заземляющего устройства будет  , Ом (54) Предварительно принимаем в заземляющем контуре 6 вертикальных заземлителей. Для горизонтальной полосы, соединяющей стержни длиной 5 м и расстоянием 5 м между ними, с учетом использования горизонтального коэффициента kи.г.=0,45, сопротивление горизонтального заземляющего устройства определяем по формуле  , Ом (55) Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформатора, при напряжении 380 В не должно превышать 4 Ом. Так как сопротивление горизонтальных заземлителей Rг.у > 4 Ом, следовательно, необходимы вертикальные заземлители общим сопротивлением  , Ом (56) Принимаем в расчет вертикальных заземлителей kс=1,45; kв=1; ρизм ρ =1,45*1*50=72,5Ом*м. Расстояние от поверхности земли до середины стержня hc=lп+l/2 (57) hc =0.7+2,5=3,2 м. Сопротивление одного вертикального заземлителя:  , Ом (58) Для 6 вертикальных электродов длиной 5 м и расстоянием между ними 5 м с учетом экранирующего коэффициента использования вертикальных заземлителей kи.в.=0,65 определяем расчетное количество вертикальных заземлителей по формуле  (59) Принимаем большее ближайшее число стержней вертикального заземлителя nв=  ; kи.г=0,4; kи.в=0,6.Тогда общее сопротивление горизонтальных заземлителей будет , Ом (60) Общее сопротивление вертикальных заземлителей будет  (61) Общее сопротивление заземляющего устройства ТП будет  , Ом (62) Что находиться в пределах нормы. Таким образом, спроектированное заземляющее устройство соответствует требованиям ПУЭ к обеспечению безопасности обслуживания электроустановок напряжением 380 В с заземленной нейтралью. ЗаключениеДля более выгодной транспортировки электричества в электросети многократно используют трансформаторы: сначала для увеличения напряжения генераторов на электростанциях пред перевозкой электричества, а потом для снижения напряжения полосы электропередач по приемлемого для покупателей значения. Таковым образом снижаются потери энергии и сокращается расход цветных металлов. Трансформаторы, увеличивая усилие, автоматически уменьшают ток, потому передаваемая емкость остается постоянной. Для данного строят подстанции, распределяющие электричество между группами потребителей (заводами, фабриками, поселками домами и др.). В прогрессивной электроэнергетике основную роль играют силовые трансформаторы, т.е. трансформаторы, служащие для преображения электрической энергии в электросетях и установках, принимающих и использующих ее.Список литературы0147+Энергомиздат «Правила устройства электроустановок» Коробов Г. В. «Электроснабжение. Курсовое проектирование», 2011 г. Будзко И. А. «Электроснабжение сельского хозяйства», 2000 г. Однолинейная схема ТП 6(10) кВ, 400 кВт  Таблица 11. Составные элементы ТП 10/0,4 кВ
 Таблица 12. Приборы для измерения и преобразования физических величин
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(В)
