Филиал в г. Оренбурге

А. Г. НИКУЛЬЧЕНКО

кандидат технических наук, доцент

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СИСТЕМЫ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ» ПО НАПРАВЛЕНИЮ БАКАЛАВРИАТ:

140200.62 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА»

Специализация:

«Электроустановки электрических станций и

подстанций

«Электроэнергетические системы, сети,

электропередачи»

Оренбург – 2009

Предисловие

Настоящий конспект лекций по дисциплине «Системы электроснабжения» предназначен для самостоятельной работы студентов по направлению: 140200.62 «Электроэнергетика» специализация «Электроустановки электрических станций и подстанций», «Электроэнергетические системы, сети, электропередачи».

Рассмотрены вопросы внутризаводского электроснабжения, конструктивного исполнения электрических сетей ТП и РУ, компенсация реактивной мощности, защитных мер электробезопасности и др.

Конспект лекций содержит основные сведения, позволяющие разобраться в сложном комплексе вопросов производства, распределения и потребления электроэнергии.

Содержание

Стр.

1.Определение расхода и потерь электроэнергии и мощности……………………… 4

2. Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий…………….. 6

3. Конструктивное исполнение электрических сетей, ТП и РУ напряжением до 1кВ. 8

4. Токи короткого замыкания. Выбор и проверка токоведущих частей,

изоляторов и аппаратов. ……………………………………………………………… 10

5.Компенсация реактивной мощности… ………………………………………………. 13

6.Защитные меры электробезопасности………………………………………………… 17

7..Системы электроосвещения промышленных предприятий………………………….20

8.Качество электроэнергии в системах электроснабжения……………………………..22

1. Определение расхода и потерь электроэнергии и мощности.

Параметры и схемы замещения электрических сетей. Все линии электрической сети обладают активным сопротивлением R_л, реактивным сопротивлением Х_л, активной проводимостью G_л и емкостной проводимостью В_л. Реактивные сопротивления и проводимости линий обусловлены магнитными и электрическими полями, возникающими вокруг проводников с током и напряжением на всем протяжении линии. Но в практических расчетах равномерно распределенные параметры линий для простоты заменяют сосредоточенными параметрами.

G = g*ℓ (1.1)

B = b*ℓ (1.2)

R_л = r_o*ℓ (1.3)

X_л = x_o*ℓ, (1.4)

где g – удельная активная проводимость линии, определяемая в основном потерями на

коронирование на 1 км линии, См/км;

b– удельная емкостная проводимость линии, зависящая от емкости линии между

проводами разных фаз и на землю, см/км;

r_о- удельное активное сопротивление линии, известное для каждой марки провода или кабеля, Ом/км;

x_о – удельное индуктивное сопротивление линии, которое почти не зависит от сечения проводов, Ом/км.

Для ВЛ всех напряжений до 220 кВ х_о=0,35÷0,4 Ом/км, для кабельных линий х_о=0,08Ом/км. Для линий 110 кВ и ниже проводимости g и b незначительны, поэтому П – образная схема замещения заменяется более простой содержащей только R_л и Х_л.

Индуктивное и активное сопротивление трансформатора Х_т и R_т определяются:

R_т = 10³∆Р_мU²_н/S²_тн , (1.5)

Х_т = 100U_кU²_н/S_тн , (1.6)

где ΔР_м – потери в меди трансформатора при его номинальной мощности, кВт;

Ư_н – номинальное напряжение сети, кВ;

S_тн – номинальная мощность трансформатора, кВА

Ư_к – напряжение короткого замыкания, %.

Полная схема замещения участка сети:

R=R_л+R_т , (1.7)

Х= Х_л+Х_т, (1.8)

Z= √R²+Х² (1.9)

Электроэнергия проходит путь от генераторов до электропотребителей по линиям электрических сетей различных напряжений и при этом и неизбежны значительные ее потери, достигающие в некоторых системах 10-20% всей вырабатываемой электроэнергии.

Потери мощности и электроэнергии в линиях.

Потери активной мощности в трехфазной электрической линии.

ΔР = 3I²R = S²R/U² = (Р²+Q²)R/U² (1.10)

Потери реактивной мощности

ΔQ = 3I²Х =S*X/U²= (Р²+Q²)X/U² (1.11)

Если нагрузка линии постоянна, то потери активной и реактивной электроэнергии за время t определяется:

ΔWа =3I² Rt, (1.12)

ΔWр = 3 I² Х t (1.13)

При расчете потерь за год удобно пользоваться годовыми графиками нагрузки, из которых видна длительность работы линии при каждом значении нагрузки. Такие графики можно построить по суточным графикам нагрузки, суммируя время работы с наибольшим значением нагрузки Р_м в течение года (8760 час), затем со следующим ближайшим значением нагрузки Р₁ < Р_м и т.д.

Потери электроэнергии в линии за год:

∆W_г = ∑S²_iRT_i/U² =R/U²∑(Р²_i+Q²_i)Т_i (1.14)

где n – число ступеней в годовом графике нагрузки;

Т_i – продолжительность работы с i –м значением нагрузки.

Расход электроэнергии также определяется:

ΔW_г=Р_мТ_м, (1.15)

где Р_м - максимальная передаваемая по линии мощность;

Т_м – продолжительность максимальной нагрузки, т.е число часов в год, за которое питаемый по данной линии потребитель, работая с максимальной нагрузкой Р_м, получил бы столько же электроэнергии как и при работе в течение года по действительному графику.

Можно определить время потерь τ и потери электроэнергии в линии:

ΔW_а=3 I²_м Rτ=ΔР_м τ , (1.16)

ΔW_р =3I²_мХτ=∆Q_м τ, (1.17)

где τ - величина, называемая временем потерь, представляет такое число часов, за которое передача тока I_м =I_р создает те же потери, что и передача действительного тока за год.

Время потерь можно определить не только по графику τ=ƒ (T_м,cosφ), но и по формуле:

τ= 8760 (0,124+Т_м/10⁴) (1.18)

Потери мощности в трансформаторах складываются из потерь в стали и в обмотках.

Суммарные потери активной мощности в трансформаторе

∑ΔР_т = ΔР_хх + β² ΔР_кз (1.19)

Суммарные потери реактивной мощности в трансформаторе

∑ΔQ_т= (I_о/100 + βƯ_к/100)S_нт (1.20)

где β – коэффициент загрузки трансформатора S_р/S_нт;

I_о – ток холостого хода трансформатора , % ,

Ư_к – напряжение короткого замыкания, %.

Потери активной электроэнергии в «n» трансформаторах за год (8760 ч)

ΔW_ат = 8760*∆Р_хх+ 1/n *∆Р_кз* τ (1.21)

Выбор по нагреву длительным токов сводится к сравнению расчетного тока I_р с допустимым табличным значением I_доп с учетом марки провода или кабеля и температурных условий его прокладки

I_р ≤I_доп К_τ, (1.22)

где К_τ – поправочный температурный коэффициент, вводимый в формулу, если температура воздуха отличается от +25^оС, а земли – от 15^оС. При нормальных условиях К_τ=1.

Площадь сечения выбирают также по экономической плотности тока

F_эк = I_р/j_эк , (1.23)

где I_р – расчетный ток линии, j_эк – экономическая плотность тока, А/мм²

Проверке по экономической плотности тока подлежат не все сети напряжением до 1 кВ, а лишь те, в которых продолжительность максимальной нагрузки Т_м превышает 4000 часов в год.

Основными аппаратами защиты сетей 380÷660 В являются предохранители с плавкими вставками и автоматические воздушные выключатели

Плавкие предохранители выбирают по номинальному току плавкой вставки I_в. При этом должны быть выполнены следующие условия:

I_в≥I_р; I_в≥I_пус/К_п (1.24)

где I_в– ток плавкой вставки; I_р – максимальный расчетный ток защищаемой цепи;

I_пус - пусковой ток самого мощного из двигателя; К_п – кратность пускового тока 1,6 ÷2,5;

Выбранный номинальный ток плавкой вставки должен быть проверен по условию:

I_в< 3I_доп, (1.25)

где I_доп– длительно допустимый ток защищаемой линии.

Чтобы выполнить последние условия, иногда приходится увеличивать площадь сечения проводов линии.

Автоматы применяют для защиты элементов сети от токов короткого замыкания, токов перегрузки и в качестве оперативных коммутационных аппаратов. При выборе автоматов должны соблюдаться следующие условия:

I_на >I_р; I_у >I_р, (1.26)

I_ум ≥ 1,25I_пик, (1.27)

I_тр = 1,6I_кр, (1.28)

где I_на – номинальный ток автомата; I_р – расчетный ток защищаемой линии; I_у – ток уставки расцепителя; I_ум – ток уставки мгновенного срабатывания (отсечки) расцепителя;

I_пк - пиковый ток линии; I_тр – ток уставки теплового расцепителя; I_кр – ток уставки комбинированного расцепителя.

При выборе предохранителей и автоматов важно обеспечить селективность (т.е. избирательность), которая заключается в последовательном отключении участков сети с определенными временными интервалами в направлении от места повреждения к источнику питания. Избирательность срабатывания автоматов достигается изменением времени их срабатывания. Избирательность в работе предохранителей с I_в < 200А будет обеспечена, если номинальный ток каждой последующей (по направлению тока) вставки будет отличаться от номинального тока предыдущей вставки не менее чем на две ступени.