Проектирование низковольтной распределительной сети

Проектирование низковольтной распределительной сети

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический Университет

Курсовая работа

по предмету «Системы электроснабжения»

Проектирование низковольтной распределительной сети

Вариант 24

Факультет: Энергетики

Группа: ЭН1-11

Выполнил: Гладышев М.В.

Проверил: Гужов Н.П.

Дата сдачи:

Отметка о защите:

Новосибирск 2014

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1.       РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

2.      РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

.        ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

1.        Выбор мощности трансформатора

2.      Расчет сечения проводников линий электропередачи

.        Выбор электрических аппаратов

.        Проверка оборудования на действия токов коротких замыканий

.        Проверка условия срабатывания защиты от однофазных токов коротких замыканий в электрической сети до 1000 В

4.       РАСЧЕТ И РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

1.        Расчет отклонения напряжения в узлах электрической сети, выбор наилучшей отпайки ПБВ трансформатора ТП

2.      Оценка диапазона отклонений напряжения на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

.        Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме на зажимах АД

5.       РАСЧЕТ ПОТЕРЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

1.        Расчет максимальных потерь мощности во всех элементах расчетной схемы

2.      Расчет потери электроэнергии за сутки в линии Л1 и трансформаторе

.        Оценка потерь мощности в элементах сети, обусловленных передачей реактивной составляющей

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение

Электроснабжение - это процесс производства, преобразования, передачи и распределения электрической энергии среди электроприемников в электрифицированной жизнедеятельности человека, т.е. по сути это процесс обеспечения электроприемников электрической энергией. Получая электрическую энергию, электроприемники преобразуют её в другие виды энергии, необходимые для жизнедеятельности человека в различных сферах. В настоящее время, когда электрическая энергия проникла во все сферы жизни человека и появилась потребность в огромных её количествах, в большинстве случаев её производство осуществляется централизованно электроэнергетической системой, которая, по сути, обеспечивает потенциальную возможность получения потребителем электрической энергии. В этих условиях задача электроснабжения - это передача, преобразование и распределение электрической энергии, которая реализуется так называемой системой электроснабжения.

Целью данной курсовой работы является решение ряда проектных задач, таких как, проектирование низковольтной распределительной сети 0,4кВ и конкретной подстанции, расчёт электрических нагрузок как по объекту в целом, так и по отдельным группам электроприёмников, приобретение навыков по контролю распределения электрической энергии между потребителями.

Характеристика расчетной схемы

На рис.1 представлен фрагмент типовой схемы системы электроснабжения, включающий следующие элементы: ЦП - центр электрического питания, например РУ 10 кВ главной понизительной подстанции (ГПП); Л1 - кабельная линия 10 кВ, одна из высоковольтной распределительной сети (ВВРС), питающая подстанцию ТП 10/0,4 кВ. Способ прокладки кабеля - в траншее (в земле);

Рис. 1. Расчетная схема

ТП - трансформаторная понизительная подстанция; Л2 - одна из кабельных линий низковольтной распределительной сети (НВРС) номинальным напряжением 380 В, питающая РП. Способ прокладки - в кабельном канале; РП - распределительный пункт с автоматами, служащими для защиты ответвлений силовой распределительной сети; Л3 - ответвление от РП к электроприемнику (асинхронному двигателю АД). Способ прокладки - изолированными проводами в трубе; АД - асинхронный двигатель, необходимые паспортные данные которого приведены в таблице исходных данных.

1.     
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

Схема компоновки цеха представлена на рис.2.

Рис. 2. Схема компоновки цеха

Участок №1

Рис.3 Участок металлопокрытий МПК

Участок №2

,

Рис.4 Участок токарный №3

Установленную активную и реактивную мощности элетроприемников цеха рассчитываем по выражениям:

,

,

где P_н - номинальная мощность электроприемников; ПВ - продолжительность включения (по умолчанию 100%); tgφ - коэффициент реактивной мощности электроприемников.

Таблица 1.1

Характеристики электроприемников

2.     
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

2.1 Для линии 1

Расчет электрической нагрузки производится по методу упорядоченных диаграмм, при этом все электроприемники делятся на две группы по коэффициенту использования (K_и>0.6 и K_и<0.6 ).

Электрическая нагрузка для электропиемников с K_и>0.6 рассчитывается в следующей последовательности:

·        рассчитываются среднесменные мощности:

где n_i - количество соответствующих электроприемников.

·        рассчитываются суммарные среднесменные мощности:

Таким образом, выделим из двух участков цеха электроприемники, у которых K_и>0.6.

Таблица 2.1

Электрическая нагрузка для электроприемников с K_и<0.6 рассчитывается в следующей последовательности:

·              рассчитываются среднесменные мощности:

·              рассчитываются суммарные среднесменные мощности:

·              определяется суммарная установленная мощность

где n_i - количество соответствующих электроприемников.

·              рассчитывается средневзвешенный коэффициент использования

·              определяется эффективное число электроприемников

·              оценивается значение коэффициента максимума

·              определяются расчетные нагрузки

Таким образом, выделим из двух участков цеха электроприемники, у которых K_и<0.6.

Таблица 2.2

·              Средневзвешенный коэффициент использования:

·              Эквивалентное число ЭП:

·             

·              Коэффициент максимума:

·              Активная и реактивная мощности группы с K_и<0.6:

·              Кроме электроприемников, в цехе имеется осветительная нагрузка

Таким образом, полная нагрузка для линии Л1

.2 Для линии 2

Вычислим расчетную мощность 6 электроприемников наиболее удаленных от ТП. Пусть это станки под номерами 2, 3, 17, (электроприемники №2 и №3 входят в это множество дважды, электроприемник №17 входит в это множество трижды), находящиеся на токарном участке.

Таблица 2.3

Расчет соответствующих мощностей.

Таблица 2.4

трансформатор электропередача линия замыкание

·              Средневзвешенный коэффициент использования:

·              Эквивалентное число ЭП:

·              Коэффициент максимума:

·              Расчетная полная мощность для Л2:

2.3 Для линии 3

В качестве нагрузки линии Л3 в данной работе примем один из наиболее удаленных электроприемников, например ЭП номер 2.3:

где η=0,9 - коэффицент полезного действия данной электроустановки.

3.     
ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

3.1 Выбор мощности трансформатора

В основе выбора мощности трансформаторов лежит их перегрузочная способность, которая заключается в том, что трансформатор, работая в часы минимальных нагрузок и имея температуру перегрева ниже длительно допустимой, может быть перегружен в часы максимальных нагрузок, т.к. обладает большой тепловой инерционностью. Но при этом величина перегрузки и длительность её действия не должны привести трансформатор к перегреву свыше длительно допустимой температуры.

Существует методика выбора мощности трансформаторов по перегрузочной способности, отраженная в ГОСТ 14209-97 (Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов). В этом стандарте для трансформаторов с соответствующими системами охлаждения взаимоувязаны между собой: коэффициент загрузки трансформатора в часы минимальных нагрузок; коэффициент перегрузки в часы максимальных нагрузок; допустимая длительность перегрузки. При этом суточный график нагрузки перестраивается в эквивалентный двухступенчатый.

Для наиболее распространенных потребителей, работающих по односменному режиму работы, в практике проектирования систем электроснабжения часто пользуются упрощенной методикой выбора мощности трансформаторов, которая выработана на основе оценки мощности по перегрузочной способности. Так для однотрансформаторных подстанций номинальная мощность трансформатора оценивается по условию.

,

где S_см - средняя за наиболее загруженную смену мощность нагрузки, (для указанного выше графика нагрузки это период с 8 до 16 часов).

Таблица 3.1

Рис.5. График суточной нагрузки

S_см=( S_9-10 + S_11-12+ S_13-14+ S_15-16)/4=(90+100+80+95)/4=91,25%

S_см= S_см*S_р=0,9125*402,95=367,69 кВА

Выбираем трансформатор типа ТМ-400/10 с паспортными характеристиками:

S_{ном тр} = 400 кВА, ΔP_КЗ=5,5 кВт, ΔP_ХХ=0,83 кВт, U_k=4,5 %.

Найдем сопротивления обмоток трансформатора:

3.2.1 Выбор сечения линии Л1

Выбор сечения производим по допустимой токовой нагрузке:

В соответствии с полученным значением допустимого тока и условий прокладки кабеля для линии № 1(в земле) выбираем кабель марки ААБ 3х16 мм², I_доп=70 А, r₀₁=1,25Ом/км , x₀₁=0,0675 Ом/км, l₁=0,5 км.

Сопротивления линии:

₁=r₀₁∙l₁=1,25∙0,5=0,625 Ом

X₁=x₀₁∙l₁=0,0675∙0,5=0.03375 Ом

3.2.2 Выбор сечения линии Л2

Выбор сечения производим по допустимой токовой нагрузке:

В соответствии с полученным значением допустимого тока и условий прокладки кабеля для линии № 2(в кабельном канале) выбираем кабель марки АВВГ 4х6 мм², I_доп=90А, r₀₂=5,21Ом/км, x₀₂=0,09Ом/км , l₂=0,04 км.

Сопротивления линии:

₂=r₀₂∙l₂=5,21∙0,04=0,2084Ом

X₂=x₀₂∙l₂=0,09∙0,04=0,0036 Ом

3.2.3 Выбор сечения линии Л3

Выбор сечения производим по допустимой токовой нагрузке

В соответствии с полученным значением допустимого тока и условий прокладки кабеля для линии № 3(изолированными проводами в трубе) выбираем кабель 5АПВ 3х2,5мм², I_доп=19А, r₀₃=12,5Ом/км, x₀₃=0,116Ом/км, l₃=0,01 км.

Сопротивления линии:

R₃=r₀₃∙l₃=12,5∙0,01=0,125 Ом

X₃=x₀₃∙l₃=0,116∙0,01=0,00116 Ом

3.2.4 Расчет потерь напряжения

Потеря напряжения для линий с подключенной в конце нагрузкой рассчитывается по выражению:

∆U = ,% ,

где - активная и реактивная составляющие электрической нагрузки (кВт, квар); - активное и реактивное сопротивление линии (Ом), - номинальное напряжение сети (кВ).

Потеря напряжения до удаленного потребителя, подключенного к распределительной сети 0,38 кВ не должно превышать 4-6%. Если это условие не соблюдается, то необходимо увеличить сечение, что приводит к уменьшению активного сопротивления, и соответственно, к уменьшению потери напряжения.

Таблица 3.2

∆U∑=∆U1+∆U2+∆U3=0,142+3,09+0,362=3,594%<5%

Суммарные потери напряжения не превышают допустимые.

3.2.5 Расчет сечения по экономической плотности тока

Расчет сечения линии 1 по экономической плотности тока производится для электрических сетей выше 1000 В (для систем электроснабжения это сети 10 кВ).

Экономическое сечение линии 1 электропередачи определяется по выражению:

где j_Э - экономическая плотность тока.

3.3 Выбор электрических аппаратов

.3.1 Выбор автомата QF для отключения Л1

Выбираем защитно-коммутационный автомат QF1(линейный выключатель в РУ 10 кВ ГПП) по следующим условиям:

1.      По номинальному напряжению U_ном.а≥10 кВ

2.      По номинальному току I_ном.а≥I₁=22А

Выбираем ВМП-10 с I_ном.а=630 А.

3.3.2 Выбор автомата QF2 и QF3(вводной автомат в РУ 0,4 кВ)

Выбираем защитно-коммутационный автомат QF2 и QF3 по следующим условиям:

1.      По номинальному напряжению U_ном.а≥0,4 кВ

2.      По номинальному току I_ном.а≥1,25∙I₂=87,25А

Выбираем ВА47-100 с I_ном.а=100 А.

3.3.3 Выбор автомата QF4 для защиты Л3

Выбираем защитно-коммутационный автомат QF4 по следующим условиям:

1.      по условию нагрева максимальным рабочим током: I_нр≥1,25∙I₃=19,4А;

2.      по несрабатыванию при пусковых токах асинхронного двигателя (принять 7-и кратным от номинального тока): I_эм≥1,25∙I_пуск=135,6А.

Для того чтобы было возможным определить защитную характеристику модульного автомата, рассчитаем ток срабатывания электромагнитного расцепителя. Принимая кратность пускового тока равным 7:

_пуск=7∙I₃=7∙15,5=108,5А

Рассчитаем кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя к номинальному току теплового расцепителя:

В соответствии с требуемыми условиями в качестве защитно-коммутационного аппарата для присоединения линии Л3, идущей к электроприемнику, выбираем автомат серии ВА27-29 с характеристикой В.

3.4 Проверка оборудования на действия токов коротких замыканий

Рис.6. Схема замещения

Расчет токов КЗ необходим для проверки электрических аппаратов по условиям динамического действия токов КЗ, а также для проверки проводников и аппаратов по условиям нагрева при КЗ.

Результирующее эквивалентное сопротивление Xc определяется по выражению:

где Uном номинальное напряжение 10,5 кВ, I_К1 примем равным 9кА.

При расчете токов КЗ принято считать, что максимальное значение тока короткого замыкания наступает через 0,01 с от момента возникновения КЗ. Такой ток, вызывающий в этом случае наибольшие электродинамические усилия, называется ударным и используется для проверки электрических аппаратов и проводников электродинамических и термических действиях токов короткого замыкания.

где Kуд - ударный коэффициент.

Для электрических аппаратов в качестве справочной информации приводятся значения предельного тока электродинамической стойкости. Аппарат пригоден для установки в данной цепи, если выполняется соотношение:

i_дин=50кА ≥ i_уд,

где i_дин - амплитудное значение тока электродинамической стойкости.

Проверка на отключающую способность, т.е. на способность отключить ток КЗ. Эта способность характеризуется номинальным током отключения. Для правильного выбора должно быть выполнено соотношение:

I_{ном откл}=20кА ≥ I_К1

где I_{ном откл} - номинальный ток отключения защитного аппарата.

Степень термического воздействия тока КЗ на проводники и электрические аппараты определяет тепловой импульс, выделяемый при протекании тока КЗ. Для определения теплового импульса в электрических сетях систем электроснабжения можно воспользоваться следующим выражением:

где t_КЗ - время протекания тока КЗ (время с момента возникновения КЗ до полного его отключения).

В справочных данных электрического аппарата приводятся значения тока и времени термической стойкости:

где I_ТС - ток термической стойкости; t_ТС - время термической стойкости.

Выбранный выключатель ВМП соответствует всем требованиям.

Определяем минимальное сечение проводника по условию термической стойкости:

3.5 Проверка условия срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании в сети до 1000 В

В соответствии с требованиями ПУЭ однофазное короткое замыкание на электроприемниках должно быть отключено за время не более 0,4 с.

Проверим, обеспечит ли автомат с выбранной защитной характеристикой отключение токов короткого замыкания за требуемое время.

По табл.9, табл.11 [3] определим расчетное сопротивление трансформатора и удельные сопротивления петли фаза-ноль для выбранных марок кабелей:

Расчетная формула токов короткого замыкания:

,

Кратность этого тока к номинальному току теплового расцепителя автомата QF4 определяется по выражению:

 .

Выбранный модульный автомат с соответствующей защитной характеристикой обеспечит отключение однофазного короткого замыкания на электроприемнике за 0,4 с.

. РАСЧЕТ И РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

При проектировании и управлении системами электроснабжения, когда отсутствует информация о графиках электрических нагрузок, оценить качество напряжения можно по двум предельным режимам нагрузки: максимальному и минимальному. Эти предельные значения электрической нагрузки определяются на основании гипотезы о распределении её по нормальному закону распределения вероятностей.

При совместном расчете режима распределительных сетей 10 и 0,38кВ оценки напряжений и потерь напряжений будем представлять в процентах от номинального напряжения, причем учитываем только продольную составляющую потери напряжения.

Рассчитаем среднесуточное отклонение активной и реактивной мощностей, приняв среднеквадратическое отклонение мощности 15% от расчетной:

Считая, что нагрузка распределена по нормальному закону, найдем значения средней и минимальной мощностей:

На шинах ГПП в течение суток поддерживается постоянное напряжение равное 10,5 кВ. Рассчитаем отклонения напряжения на шинах ГПП:

4.1 Расчет отклонения напряжения в узлах электрической сети, выбор наилучшей отпайки ПБВ трансформатора ТП

Определим отклонения напряжений в заданной сети:

·      рассчитывается потеря напряжения в линии Л1:

·      определяется отклонение напряжения в узле 2 (перед трансформатором)

·      рассчитывается потеря напряжения в трансформаторе:

·      определяется отклонение напряжения в узле 3 (за трансформатором)

Определим отклонения напряжений в заданной сети в режиме передачи максимальной мощностей:

·      рассчитывается потеря напряжения в линии Л1:

·      определяется отклонение напряжения в узле 2 (перед трансформатором)

·      рассчитывается потеря напряжения в трансформаторе:

·      определяется отклонение напряжения в узле 3 (за трансформатором)

Определим значения отклонения напряжения в режиме передачи минимальной мощности:

·        рассчитывается потеря напряжения в линии Л1:

·      определяется отклонение напряжения в узле 2 (перед трансформатором)

·      рассчитывается потеря напряжения в трансформаторе:

·       

·      определяется отклонение напряжения в узле 3 (за трансформатором)

4.2 Оценка диапазона отклонений напряжения на шинах 0,4 кВ ТП

Требуется рассчитать отклонения напряжения в узле 4:

Максимальный режим (Л2):

P_max= 21,2 кВт

Q_max= 15,3 квар

·        потеря напряжения в линии Л2

·        отклонение напряжения в узле 4 (РП 0,4 кВ):

4.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме на зажимах АД

Определим отклонения напряжений на зажимах асинхронного двигателя в режиме передачи максимальной мощности:

Максимальный режим (Л3):

P_max= 4,1 кВт

Q_max= 9,3 квар

·        Потеря напряжения в линии Л3

·        Отклонение напряжения на зажимах АД

Потери напряжения до самого удаленного потребителя в распределительной сети 0,38 кВ не должны превышать 5%. Рассчитав отклонение напряжения на зажимах электроприемника в режиме максимальных нагрузок, получили приемлемое значение отклонения напряжения. Построим эпюры падений напряжения на каждом участке цепи.

Рис.7. Эпюры отклонений напряжений

. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

5.1 Расчет максимальных потерь мощности во всех элементах расчетной схемы

Потери мощности в линии 1:

Потери мощности в трансформаторе:

Потери мощности в линии 2:

Потери мощности в линии 3:

Доля потерь активной мощности на каждом участке цепи:

5.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки в линии 1 и трансформаторе

Расчет потерь электроэнергии в линии 1:

где  =0,8 - коэффициент корреляции.

Разобьем формулу расчета потерь электроэнергии в линии 1 на 2 части и произведем отдельный расчет для каждой части:

Расчет потерь электроэнергии в трансформаторе:

Разобьем формулу расчета потерь электроэнергии в трансформаторе на части и произведем отдельный расчет для каждой части:

Полная переданная мощность за сутки:

Оценим долю потерь по отношению к передаваемой по линии электроэнергии:

5.3 Расчет потерь мощности в элементах сети, обусловленные передачей реактивной мощности

Потери мощности в линии 1:

 ,

 - доля потерь мощности, обусловленных передачей реактивной мощности, от полных потерь мощности в линии 1.

Потери мощности в трансформаторе:

 - доля потерь мощности, обусловленных передачей реактивной мощности, от полных потерь мощности в трансформаторе.

Потери мощности в линии 2:

 ,

 - доля потерь мощности, обусловленных передачей реактивной мощности, от полных потерь мощности в линии 2.

Потери мощности в линии 3:

 ,

 - доля потерь мощности, обусловленных передачей реактивной мощности, от полных потерь мощности в линии 3.

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы произведён расчет для заданного участка СЭС, а именно определена расчётная нагрузка, выбраны марки проводов и их сечения. Для линий подобраны автоматические выключатели. Выбран трансформатор для однотрансформаторной подстанции. Рассчитано отклонение напряжения в НВРС и установлено, что оно оказалось в пределах допустимых. Производился расчет потерь мощности и электроэнергии в элементах схемы. Также были оценены потери от передачи реактивной мощности и вследствие неравномерности графика потребления. Доля потерь вызванных передачей реактивной мощности достаточно велика (60-90%), целесообразна компенсация реактивной мощности.

Закреплены, систематизированы и расширены теоретические знания и практические навыки с помощью решения комплексных инженерных задач электроснабжения промышленного объекта.

Список использованных источников

1.      Системы электроснабжения: учебник / Н.П. Гужов, В.Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 258 с.

.        Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М: Энергоатомиздат, 1991. - 464 с.: ил. - (Электроустановки промышленных предприятий / Под общ. ред. Ю.Н. Тищенко и др.)

.        Электроснабжение: Задание и методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочного отделения / НГТУ; Сост.: Н.П. Гужов. - Новосибирск, 2007.

.        Документы кафедры СЭСП.