Система електропостачання складається з ряду пристроїв, які в найпростішому випадку можуть бути представлені у вигляді послідовного з'єднання елементів: генератора електростанції, підвищувального трансформатора, лінії електропередачі, понижувального трансформатора, зовнішньої лінії низької напруги, внутрішніх магістральної і груповий ліній і, нарешті, споживача. Це, безумовно, спрощена модель системи електропостачання. Насправді число елементів системи значно більше, більше навіть щаблів напруги і з'єднані вони не тільки послідовно.
Сучасні електросистеми включають в себе десятки електростанцій, сотні підстанцій і багато сотень кілометрів електричних ліній різних напруг. Прийнята нами спрощена модель допоможе пояснити сутність розрахунку мережі на відхилення напруги.
Всі елементи системи електропостачання мають електричним опором (активним і реактивним). Отже, що виробляється генератором електроенергія, яка передається через всі елементи системи електропостачання, втрачає в них певну частину напруги. Для компенсації втрат напруги в елементах системи електропостачання використовують цілий ряд засобів. Найпростішим з них є підвищений рівень номінальних напруг генераторів і трансформаторів в порівнянні з номінальною напругою UН приймачів електроенергії. Наприклад, для низьковольтних електроприймачів номінальним є напруга 380 і 220 В, а для цього ступеня напруги знижувальних трансформаторів відповідно - 400 і 230В. Підвищення напруги на вторинних затискачах трансформатора дозволяє мати запас, який можна втратити в мережі. Крім того, в системах електропостачання застосовується регулювання напруги на електростанціях і великих підстанціях. При зміні навантаження змінюється величина струму і, отже, втрати напруги DUпотр у споживача.
У загальному випадку, якщо в системі відсутній автоматичне регулювання напруги, напруга у споживача при зміні навантаження в широкому діапазоні може бути визначено за формулою Uпотр = UН ± DUпотр. тобто при зміні навантаження відбувається коливання напруги у споживача, і напруга може бути не тільки менше, але і більше номінального значення.
Потужність навантаження споживачів електроенергії змінюється в широкому діапазоні як по днях і годинах доби, так і за порами року. Залежність потужності навантаження від часу називається графіком навантажень. Графіки навантажень промислових підприємств різко відрізняються від графіків навантажень суспільно-комунальних споживачів (міст і селищ), а електропостачання всіх споживачів здійснюється від загальної енергосистеми. Тому централізоване автоматичне регулювання напруги на електростанціях і великих підстанціях для промислових підприємств, як правило, не збігається з інтересами суспільно-побутових споживачів, наприклад, коли останнім необхідно підвищити напругу для компенсації його втрат в години максимального навантаження (вечірній час доби): для промислових підприємств таке підвищення може бути шкідливим і навпаки.
Як випливає з викладеного, розрахунок мережі на коливання напруги для визначення мінімального і максимального напруги у споживача можливо виконати, якщо відомі необхідні параметри схеми, а також режим електроспоживання.
Такі розрахунки виконують при проектуванні електросистем і міських мереж. Для електричної мережі всередині будинків роблять спрощені розрахунки. При цьому напруга на шинах високої напруги знижувальних трансформаторних підстанцій 400 / 230В приймають незмінним при будь-якому навантаженні. Розрахунок проводять для режиму номінальних навантажень.
Допустимі відхилення напруги у відсотках від номінального напруги мережі становлять:
1) на затискачах приладів робочого освітлення в виробничих і громадських приміщеннях 2,5%;
2) на затискачах електродвигунів і апаратів для їх пуску і управління 5%;
3) для основної маси електроприймачів електричної енергії (побутові електроприймачі, освітлювальні установки житлових приміщень і т.п.) 5%.
4.4. Оформлення курсової роботи
Курсова робота складається з розрахунково-пояснювальної записки та графічної частини.
4.4.1. Пояснювальна записка
Обсяг записки 10-12 с.
Записка пишеться від руки на стандартному аркуші формату А4 або набирається на комп'ютері.
Всі сторінки роботи повинні мати наскрізну нумерацію.
Першим листом пояснювальної записки є титульний аркуш (див. Додаток 1), яка не нумерується. На аркуші, наступного за титульним, наводяться вихідні данниеваріанта курсової роботи (див. Табл. 4.3, 4.4).
Пояснювальна записка повинна включати наступні питання:
- визначення потужності споживачів будівельного майданчика по кожній лінії окремо;
- вибір перерізу проводів по кожній лінії живлення по допустимої щільності струму і втрат (відхилень) напруги в лінії.
В кінці записки наводиться список використаної літератури з точним бібліографічним описом джерел.
4.4.2. Графічна частина
Ця частина повинна містити однолінійну схему електропостачання об'єкта будівництва (ОС) від силового трансформатора до будівельного майданчика з чотирма живлять лініями (фідерами).
4.4.3. Вибір перетину і розрахунок проводів і кабелів
Перетин дроту s за умовами нагріву вибирається за спеціальними таблицями, в яких вказується допустимий струм Iдоп. таким чином, щоб виконувалася умова:
де IН - номінальний розрахунковий струм, А, визначається за формулою
де РН - номінальна активна потужність, яка надходить до споживача, кВт; U2Н - номінальна лінійна напруга у споживача, В; cosj2Н - номінальний коефіцієнт потужності споживача.
Приклад 1. Вибрати за умовами нагріву перетин алюмінієвих проводів марки АПРТО для харчування освітлювального трифазного щита з номінальною потужністю навантаження РН = 33кВт. Напруга мережі UН = 380 / 220В. Проводка виконується в сталевій трубі. Прийняти коефіцієнт потужності лампи розжарювання cosjН = 0,91.
1. Визначаємо струм навантаження
2. По таблиці тривало допустимих струмових навантажень (див. Пріложеніе3) на проводи та кабелі з гумовою і поліхлорвінілової ізоляцією з алюмінієвими жилами знаходимо найближчий більший допустимий струм Iдоп = 60А для перетину S = 10мм 2.
Приймаються перетин проводів S = 10мм 2. тому умова дотримана.
Приклад 2. Вибрати за умовами нагріву перетин мідних проводів марки ПР-500 для харчування асинхронного короткозамкнутого електродвигуна з наступними паспортними даними: номінальна потужність PН = 28кВт; номінальний коефіцієнт потужності cosjН = 0,89; КПД при найменшому навантаженні Hн = 0,91; номінальну напругу мережі UН = 380 / 220В.
1. Визначаємо струм навантаження, який слід прийняти рівним номінальному току електродвигуна:
2. За довідковими даними знаходимо Iдоп = 60А для перетину проводів S = 10мм 2. Приймаємо до прокладання проводів перерізом 10мм 2. тому Iдоп ³ Iрасч.
Обраний провід необхідно перевірити на допустиму втрату напруги в лінії:
де DUл - втрата лінійної напруги.
Для НЕС - e £ 5%; для ВЕС e £ 10%.
Втрату лінійної напруги можна знайти за формулою, яка витікає з векторної діаграми напруг лінії електропередач.
На малюнку 4.1 приведена схема однієї фази, на якій L - довжина лінії, км; R = r0 L і Х = x0 L - активне і індуктивний опори дроти (r0 і х0 - їх питомі значення). Величина r0 залежить від перетину дроту і визначається за таблицями (див. Додатки 2, 3); величина х0 від перетину дроту не залежить і для низьковольтних повітряних електричних мереж приймається рівною 0,4Ом / км, для кабелів 0,08Ом / км.
На малюнку 4.2 приведена векторна діаграма, відповідна розрахунковій схемі (див. Рис. 4.1).
Відрізком СК на векторній діаграмі (див. Рис.4.2) зазвичай нехтують і втрату фазної напруги визначають, як
де Uф1 і Uф2 - фазні напруги відповідно на початку і в кінці лінії.
У прямокутних трикутниках - Dabm і Dmpg:
Помноживши ліву і праву частини рівності на. знаходять втрату лінійної напруги:
Якщо виходить, що e> 5%, то з таблиць (див. Додатки 2, 3) вибирають найближчий провід більшого перерізу.
У разі, коли до електричної мережі підключено кілька споживачів, для розрахунку проводів застосовується метод, заснований на поданні струмів у вигляді активної і реактивної складових.
Схема заміщення для однієї фази такої системи при симетричному навантаженні наведена на малюнку 4.3. Визначаючи для кожної з паралельних гілок активні і реактивні струми, знаходять активний (Іа) і реактивний (Iр) струми для нерозгалужене частини ланцюга і номінальний розрахунковий струм в лінії. при цьому cos j2 = Ia / IН і sinj2 = Ip / IН.
4.4.4. Завдання на курсову роботу. Порядок виконання роботи
На будівельному майданчику розміщено електрообладнання, перелік якого наведено в таблиці 4.2.
Все струмоприймачі майданчики поділені на силові, технологічні, внутрішнє і зовнішнє освітлення.
Харчування споживачів будівельного майданчика виконується від трансформаторної підстанції ТП 10 / 0,4 кВ (див. Рис. 4.4.). Вторинна обмотка трансформатора підстанції з'єднана за схемою «зірка з нейтральним проводом». Для спрощення малюнка схема харчування чотирьох груп споживачів, на які розділені електроприймачі будівельного майданчика, представлена в однолінійному виконанні. Одна лінія передбачає наявність трьох лінійних проводів A-a, B-b, C-c і нейтрального проводу.
На наведеній схемі показані:
- ТП 10 / 0,4 кВ - трансформаторна підстанція з первинним напругою понижувального трансформатора 10 кВ і вторинною напругою 0,4 кВ;
- РШ - розподільні шини вторинного напруги трансформатора;
- L1, L2, L3, L4 - лінії електропередач.
Перша лінія (L1 = 250м) виконана кабелем і живить сім силових електроприймачів (екскаватор, баштовий кран і інші механізми з асинхронним електроприводом з усередненим cosj2Н = 0,7).
Друга лінія (L2 = 150м) так само виконана кабелем і живить десять силових приймачів (бетононасос, розчинонасос і інші механізми). Потужність електроспоживання виконавчих механізмів студент бере з шпальти 4 таблиці 4.2 і записується в стовпець 7.
Третя лінія (L3 = 200м) живить трансформаторний підігрів бетону і виконана чьотирьох повітряною лінією з алюмінієвими проводами, закріпленими на дерев'яних опорах.
Четверта лінія (L4 = 250м) забезпечує електроенергією внутрішнє і зовнішнє освітлення будівельного майданчика, сумарну потужність якого студент розраховує для свого варіанту (дані для розрахунку потужності беруться з таблиці 4.1). Ця ЛЕП так само виконана чьотирьох повітряною лінією з алюмінієвими проводами.
Для спеціальності СЖД силові лінії виконуються кабелем з алюмінієвими жилами. Протяжність кабельної лінії 250 м.
Для спеціальності Міт силові лінії виконуються кабелем з мідними жилами. Протяжність кабельної лінії 150 м.
Потужність силового електрообладнання, що отримує живлення по кабельних лініях, береться студентом з шпальти 4 таблиці 4.2 і записується в сьомий стовпець.
Варіанти завдань для визначення потужності споживаної електроустаткуванням будівельного майданчика від повітряних ліній електропостачання (третя і четверта лінії) представлені в таблиці 4.1.
Номер варіанта визначається по останній цифрі шифру студента.
Потужність, що передається силовим виконавчим механізмам будівельного майданчика по лініях L1 і L2 (див. Рис.4.2), визначається наступним виразом:
де P1. P2. Pn - потужності асинхронних двигунів виконавчих механізмів; Kc1. Kc2. Kcn - коефіцієнти попиту на дані механізми протягом зміни (стовпець 5 таблиці 4.2).
Потужність споживачів трансформаторного прогріву бетону передається по повітряної ЛЕП з алюмінієвими проводами (L3).
Згідно з даними свого варіанта, узятим з таблиці 4.1, визначається необхідна витрата потужності на прогрів бетону:
де Руд - питома витрата потужності на нагрівання 1 м 3 бетону; n - кількість кубометрів, відповідне варіанту завдання, м 3; Kc - коефіцієнт попиту.
Внутрішнє і зовнішнє освітлення отримують живлення від загальної повітряної лінії L4, виконаної алюмінієвими проводами. Необхідна потужність для цих споживачів електроенергії визначається за формулою:
де Pуд1. Pуд2. Pудn - питома витрата потужності для освітлення якогось об'єкта (береться з таблиці 4.2); S1. S2. Sn - площа об'єктів, м 2 (береться з таблиці 4.1 для свого варіанту); Kc - коефіцієнт попиту протягом робочої зміни.
Усереднені норми потреби електроенергії, коефіцієнти
попиту Кс і потужності для будівельних майданчиків
Додатково до отриманої потужності (SРосв) необхідно додати потужність світильників, встановлених уздовж основних доріг і проїздів. Для спрощення завдання вважати всю потужність, необхідну для освітлення доріг, зосередженої в кінці лінії L4:
де Руд - питома витрата потужності для освітлення 1км дороги, кВт / км (див. табл.4.2); l - довжина дороги, км (береться з таблиці 4.1 для свого варіанту).
Після розрахунку потужності, що передається по кожній лінії (L1, L2, L3, L4), визначити струми в них.
Причому обидві силові лінії виконуються кабелем з мідними або алюмінієвими жилами.
Для спеціальності СЖД лінія виконується кабелем з алюмінієвими жилами довжиною 250м. Для спеціальності Міт кабелем з мідними жилами довжиною 150м.
Решта дві лінії змонтовані у вигляді повітряних чотирьох провідних ліній з алюмінієвими проводами довжиною L1 = 250м і відповідно L2 = 150м.
Для спрощення розрахунку допускаємо, що навантаження по всіх фазах А, В, С розподілена рівномірно у всіх чотирьох ЛЕП (симетрична навантаження). Внаслідок цього розрахунок проводиться для однієї фази:
1. Зобразити схему заміщення на одну фазу (див. Рис. 4.1) і розрахувати номінальний струм в ній.
де РН - номінальна активна потужність, яка надходить до споживача, кВт; U2Н - номінальна лінійна напруга у споживача, 380В; cosj2Н - номінальний коефіцієнт потужності споживача.
2. Потім згідно з додатками 2, 3 вибрати перетин дроту, необхідне для проходження даного струму по нагріванню для кожної ЛЕП за умови Iдоп ³ IН.
3. Перевірити вибраного перетин проводів чотирьох ліній на втрату напруги відповідно до методики, викладеної в підрозділі 4.4.3:
де DUл - втрата лінійної напруги.
4. Побудувати векторну діаграму розподілу напружень для лінії L1 відповідно до методики, викладеної в підрозділі 4.4.3 (див. Рис. 4.2).
5. Сформулювати висновки, що містять відомості про обраний дроті (кабелі) лінії електропостачання або повітряної лінії і оцінити вплив зниження напруги мережі живлення на характеристики електродвигуна і ламп розжарювання.
Державна освітня установа вищої
«Петербурзький державний університет шляхів сполучення» (ПГУПС)
Кафедра "Електромеханічні комплекси і системи»
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсової роботи
«РОЗРАХУНОК ЛІНІЇ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ
СТУДЕНТ ___________________ ____________________ І.І. ІВАНОВ