4 курс (заочка) / Контрольная работа / !Контрольная работа (задание)

батарея состоит из двух групп (линеек) аккумуляторов по 25 штук каждая. По таблице П3, П4 выбираем соответствующий 10-часовому режиму разряда аккумулятор по ближайшему большему значению номинальной емкости С10≥ СI10 и номинальному напряжению. Последовательно можно включать только элементы или блоки одинакового типа и емкости.

Таблица 2.6 Варианты задания при kПМ=0,9, UАБ= -24 В

Задача №7 Расчет общей мощности потребления системы электропитания

Исходные данные.

Мощность потребления часа наибольшей нагрузки для потребителей первой категории имеет следующие значения:

-мощность (активная составляющая) источников бесперебойного питания переменного тока РИБП= 12 кВт, общий коэффициент мощности ψ=

0,85;

-мощность (активная составляющая) выпрямительных устройств РВ=

4,7 кВт, общий коэффициент мощности ψВ= 0,75;

-мощность (активная составляющая) системы вентиляции и кондиционирования РК= 9 кВт, общий коэффициент мощности cos K = 0,7 (нагрузка практически линейная);

-мощность (активная составляющая) системы аварийного освещения

РОс= 3,9 кВт, общий коэффициент мощности cos Ос = 0,8 (нагрузка практически линейная).

Максимальная мощность потребления нагрузки для потребителей второй категории имеет следующие значения:

- мощность потребления (активная составляющая) зала обслуживания РОб= 11 кВт, общий коэффициент мощности ψОб= 0,7.

12

Мощность потребления нагрузки для потребителей третьей категории имеет следующие значения:

- мощность (активная составляющая) хозяйственных нужд РХН= 19 кВт, общий коэффициент мощности cos ХН= 0,7, максимальный коэффициент загрузки ≈ 0,9.

Найти общую мощность потребления и коэффициент мощности нагрузки. Решение.

Находим значения реактивных составляющих мощностей потребителей электроэнергии. Мощность (полная и реактивная составляющие) систем бесперебойного питания переменного тока SИБП = РИБП/ψИБП= 12/0,85= 14,1

кВА, QИБП= [(SИБП)2–(РИБП)2]0,5= [(14,1)2–(12)2]0,5=7,4 кВАР.

Мощность (полная и реактивная составляющие) выпрямительных уст-

ройств SВ = РВ/ψВ= 4,7/0,75= 6,3 кВА, QВ= [(SВ)2–(РВ)2]0,5= [(6,3)2–(4,7)2]0,5= 4,1

кВАР

Мощность (полная и реактивная составляющие) системы вентиляции и кондиционирования SК = РК/cos K= 9/0,7= 12,9 кВА, QК= [(SК)2–(РК)2]0,5= [(12,9)2–(9)2]0,5= 9,24 кВАР.

Мощность (полная и реактивная составляющие) системы аварийного освещения SОс = РОс/cos Ос= 3,9/0,8= 4,9 кВА, QОс= [(SОс)2–(РОс)2]0,5= [(4,9)2– (3,9)2]0,5= 3 кВАР.

Мощность (полная и реактивная составляющие) зала обслуживания SОб =

РОб/ψОб= 11/0,7= 15,7 кВА, QОб= [(SОб)2–(РОб)2]0,5= [(15,7)2–(11)2]0,5= 11,2кВАР.

Мощность (полная и реактивная составляющие) хозяйственных нужд

SХН= РХН/cos ХН= 19/0,7= 27,1 кВА, QХН= [(SХН)2–(РХН)2]0,5= [(27,1)2–(19)2]0,5=

19,3 кВАР

Находим суммарную активную мощность всех потребителей переменного тока ∑Р=РИБП+РВ+РАО+РК+QОб+ ·РХН=

12+4,7+9+3,9+11+0,9·19= 57,7

кВт

Находим суммарную реактивную мощность всех потребителей переменного тока Q=QИБП+QВ+QОс+QК+QОб+QХН=

7,4+4,1+9,24+3+11,2+0,9·19,3= 52,3 кВАР.

13

Полная мощность SПот, потребляемая системой электропитания от сети переменного тока будет равна: S=[(∑Р)2+(∑Q)2]0,5= [57,72+52,32]0,5= 77,9кВА, а коэффициент мощности ψ= Р/S= 57,7/77,9= 0,74.

Таблица 2.7 Варианты задания при ≈ 0,9

Задача №8 Расчет емкости косинусных конденсаторов

Исходные данные.

Мощность нагрузки РН= 200 kВт. Сеть трехфазная, трехпроводная, нагрузка, в основном линейная, UЛ= 380 В, 50 Гц, его максимально возможное значение UЛmax= 440 В. Коэффициент мощности ψ≈cosφН≈ 0,7. Необходимо рассчитать емкость конденсаторной батареи, позволяющей достигнуть cosφНЖ= 0,95. Рассмотреть соединение конденсаторов батареи по схеме «звезда» и по схеме «треугольник».

Решение.

Найдем недостающие тригонометрические функции угла Н: sin Н= (1-cos2 Н)0,5= (1-0,72)0,5= 0,714,

tg Н= sin Н/cos Н= 0,7/0,714= 0,98

tg НЖ= (1-cos2 НЖ)0,5/cos НЖ = (1-0,952)0,5/0,95= 0,329

Для снижения реактивной мощности ЭПУ (допустимое значение cosφ 0,95) используем установку косинусных конденсаторов. Реактивная мощность QK компенсирующих конденсаторов равна:

QK=PН(tg Н - tg НЖ)= 200(0,98-0,329)=130,2 кВАР,

Найдем емкость компенсирующих конденсаторов, соединенных по схеме «звезда»:

14

СЗ= 3QK/[(UЛ)2·2πfС]=3·130,2·1000/[(380)2·2π·50]= 390,6·1000/907291,96=

8,61 10-3Ф= 8610 мФ

Емкость компенсирующих конденсаторов, соединенных по схеме «треугольник» находится из соотношения:

СТ= QK /2 fC (UЛ)2= 130,2 103/2 50 (380)2=2870 мкФ.

В случае применения схемы «треугольник» емкость батареи оказывается значительно меньше (в 3 раза), а напряжение на конденсаторах больше (в √3 раз).

Таблица 2.8 Варианты задания при UЛ= 380 В, 50 Гц, cosφНЖ= 0,95

Задача №9 Расчет заземляющего устройства

Исходные данные.

Заземляющее устройство выполнено на основе стального (с защитным покрытием) уголка с шириной стороны а=40 мм,. Стержень имеет длину l=4500 мм и углублен на h=50 см в грунт типа суглинок. Найти сопротивление заземлителя. Определить число необходимых заземлителей для обеспечения сопротивления заземления RО=4 Ом.

Решение.

Для заземлителя из стального уголка с шириной стороны а=40 мм эквивалентный диаметр равен d≈0,9а=0,9·40= 36 мм. По таблице П15 находим удельное сопротивление грунта типа суглинок: ρ=100 Ом·м. Расстояние от поверхности земли до середины электрода заземлителя:

t=h+0,5l= 0,5+ 2,25= 2,75 м.

Величина сопротивления растеканию тока такого заземлителя находится по формуле (3.9):

Рассчитываем сопротивление RВ, Ом одного вертикального электрода:

RB= 0,366(ρ/l)·[lg(2l/d)+ 0,5lg{(4t+ l)/ (4t- l)}]=

=0,366·(100/4,5)[lg(2·4,5/0,036)+ 0,5lg{(4·2,75+4,5)/ (4·2,75-4,5)}]=

=8,13[lg264,71+0,5lg(15,5/6,5)]= 8,13[2,42+0,19]= 21,22 Ом

15

Воспользуемся соотношением (3.11) для нескольких идентичных заземлителей RО = RB/n, из которого следует:

n≥ RB/RО= 21,22/4=5,3.

Откуда число заземлителей равно n=6.

Таблица 2.9 Варианты задания при h=50 см, RО=4 Ом, почва – суглинок.

Задача №10 Выбор автомата защиты

Исходные данные.

Суммарная мощность потребления нагрузки составляет S= 120 кВА. Схема соединения вторичных обмоток силового трансформатора - «звезда с нулевым выводом». Длина фазного провода (кабель ВБбШв) от трансформатора до места установки автомата lФ≈ 60 м. Будем считать провод заземления таким же и той же длины. Рассчитать ток короткого замыкания «фаза – ноль» и выбрать соответствующий автомат защиты.

Решение.

При соединении обмоток трансформатора в звезду ток IФ в фазном проводнике равен IФ= S/3UФ= 120000/3 220= 181,8 A, где UФ - фазное напряжение.

Определяем номинальный ток для выбора трехфазного автоматического выключателя IАвт 3IФ= 181,8·1,5= 272,7 А. Выбираем по таблице П8 автоматический выключатель DPX-400-3-320 с бóльшим значением (фазного) тока аварийного срабатывания (320 А). Выбираем кабель ВБбШв-4-120 с сопротивлением основной жилы ρК= 0,154 Ом/км и бóльшим максимальным током 350 А (таблица П10).

Проверяем параметры автоматического выключателя по кратности тока замыкания. Полное сопротивление фазного провода равно: ZП≈ RФ= 2lФ·ρК=

0,12·0,154= 0,028 Ом.

16

Для мощности потребления S=120 кВт выбираем по таблице 3.2 трансформатор мощностью SТр= 160 кВт. Полное сопротивление трансформатора мощностью 160 кВА (по таблице 3.1): ZТ= 0,162 Ом.

Ток короткого замыкания (между фазным проводником и нейтралью)

равен IКФ≈ UФ/ (ZП+ ZТ)= 220/ (0,028+ 0,162)= 1157 А. Значение IКФ= 1157>

320 А превышает более чем в три раза (смотри таблицу П7) номинальный ток срабатывания автоматического выключателя (320 А). Это подтверждает надежное срабатывание автомата защиты в случае короткого замыкания.

Таблица 2.10 Варианты задания при UФ=220 В.

Задача №11 Расчет сечения кабеля токораспределительной сети

Исходные данные.

Мощность потребления группы компьютеров локальной вычислительной сети от общего источника бесперебойного питания Р=2 кВт при напряжении UЭС=220 В. Допустимое падение напряжения U=4 В в кабеле электропитания длиной l=50 м. Найти сечение кабеля по допустимой потере напряжения.

Решение.

В процентном отношении допустимое падение напряжения составляет

U%= 100· U/UЭС= 100·4/220= 1,82%

Сечение кабеля для однофазной сети с сосредоточенной нагрузкой в конце линии рассчитываем по формуле:

SР= Pl·105/[ (UЭC)2· U%]= 2·50·105/34,5·2202·1,82= 10·106/3,04·106= 3,29

мм2,

где: - удельная проводимость алюминия 34,5 м/(Ом·мм2).

Выбираем сечение двухжильного кабеля алюминиевого АВВГ по таблице П9 S=4 мм2 (должно быть S> SР).

17

Определим толщину проводника SЭ, из условия допустимой экономически оптимальной плотности тока δЭ=2,1 А/мм2. Для этого найдем значение расчетного тока:

IP= P/UЭС= 2000/220= 9 A.

SЭ=IP/ δЭ = 9/2,1= 4,5 мм2, где: δЭ= 2,1 А/мм2- экономическая плотность тока при использовании провода на расчетной нагрузке 3000 – 5000 часов в год. При этом условии принимаем толщину проводника равной SЭ1= 5 мм2.

При использовании провода в течение времени более 5000 часов в год рекомендуется принять IЭ1= 1,1 А/мм2. При этом условии принимаем толщину проводника равной SЭ1= 1 мм2.

Таблица 2.11 Варианты задания при UФ=220 В, l=50 м, δЭ= 2,1 А/мм2

Задача №12 Приближенный расчет мощности дизельной электрической станции

Исходные данные.

Устройства – потребители электроэнергии, вырабатываемой автономной дизельной электростанцией, имеют следующие характеристики. Выходная (номинальная) мощность ИБП РИБП= 10000 Вт, коэффициент мощности ψИБП= 0,91; коэффициент полезного действия ηИБП= 0,92. Номинальная мощность заряда аккумуляторных батарей ИБП РЗА= 2000 Вт, коэффициент мощности устройств заряда аккумуляторных батарей ψЗА= 0,91, коэффициент полезного действия устройств заряда аккумуляторных батарей ηЗА= 0,92. Мощность других потребителей РДП= 28000 Вт, коэффициент мощности ψДП= 0,7; коэффициент запаса по мощности m= 1,2, коэффициент режима работы (резервный) q= 100.

Расчет.

18

Приближенное значение мощности дизельной электростанции:

РДЭС= (100m/q)·(РИБП/ψИБПηИБП+ РЗА/ψИБПηЗА+ РДП/ψДП)= (100·1,2/100)· (10000/0,91·0,92+ 2000/0,91·0,92+ 28000/0,7)= 1,2·(11940+ 2390+ 40000)= 65,196 кВт.

Таблица 2.12 Варианты задания при РДП= 28000 Вт, ψДП= 0,7 , m= 1,2, q= 100

19

3 Методические указания к расчету и выбору оборудования электропитающей установки

3.1 Расчет системы бесперебойного питания переменного тока

Мощность системы бесперебойного питания переменного тока определяется суммой нагрузок, то есть мощностью устройств потребителей бесперебойного питания ~220 В 50 Гц. Выходная полная мощность ИБП находится по формуле:

где: РН= UН IНА – максимальная активная мощность потребления нагрузки, Вт, UН= 220 В – действующее значение выходного напряжения ИБП; IНА

– активная составляющая тока нагрузки, указанная в задании, А; Н= 0,85 (по условию задания) - коэффициент мощности нагрузки; k = 1,2 - коэффициент увеличения пускового тока нагрузки; kЗ - коэффициент загрузки среднестатистический, с помощью которого учитывается среднее количество одновременно включенных нагрузок (компьютеров).

Тип источника бесперебойного питания выбирается по таблице П6 с учетом того, что один модуль является резервным. Количество модулей можно найти с помощью соотношения:

где: NМ – количество модулей; kПМ≈ 0,75-0,95 - коэффициент учета параллельного включения; РМ – мощность одного модуля.

Если мощность SБП 3 кВА, то рекомендуется выбрать трехфазный источник бесперебойного питания [9]. В зависимости от мощности в соответствии с рекомендациями [10] таблицы П2 принимается напряжение аккумуляторных батарей.

Далее можно оценить входную мощность ИБП:

SВхИБП= (PИБП+РЗАБ)/( ИБП ИБП),

где: ИБП - коэффициент мощности ИБП; ИБП – коэффициент полезного действия ИБП; PВыхИБП ≈ |SВыхИБП| - для ИБП во многих случаях максимальная выходная активная мошность принимается равной Полной мощности, РЗАБ≈ 0,1РИБПmax – максимальная мощность заряда аккумуляторных батарей.

Активную PВхИБП и реактивную QВхИБП составляющие мощности потребления ИБП можно подсчитать следующим образом:

20

PВхИБП=(PИБП+ РЗАБ)/ ИБП, QВхИБП=[(SВхИБП)2– (PИБП)2]0,5.

Выходной ток аккумуляторных батарей (то есть ток аварийного разряда) источника бесперебойного питания с учетом напряжения батарей можно найти с помощью выражения:

IРАБ= IВыхИБП (UИБП /UАБ)/ Инв= (SВыхИБП/UАБ)/ Инв,

где: IРАБ – ток разряда аккумуляторных батарей, А; IВыхИБП – выходной ток ИБП во время аварии, определяемый током часа наибольшей нагрузки IЧНН;Инв – коэффициент полезного действия инвертора ИБП ( Инв≈ 0,95 – 0,98).

Определив значение тока разряда аккумуляторных батарей IРАБ, можно найти емкость батарей системы бесперебойного питания переменного тока.

3.2 Расчет аккумуляторных батарей

Расчет ведется в определенном порядке [1, 3].

1) Число элементов в аккумуляторной батарее находится по формуле: nА= (UАБ+ UТРС)/UА, (3.3)

где: UАБ- напряжение аккумуляторной батареи; номинальное напряжение на свинцово – кислотном аккумуляторном элементе принимается равным UА= 2 В, а потери в ТРС равны UТРС≈ 0,04UАБ (для предприятий связи

UТРС< 4 В). Число nА округляется до целого числа в бóльшую сторону.

2) Проверяется минимально допустимый уровень напряжения UABmin при разряде аккумуляторной батареи с учетом минимального уровня напряжения UАКр на одном элементе, которое определяется по графикам или паспортным характеристикам выбранной марки аккумулятора:

UАБmin= UАКр nА UАБ– UАБ, В,

где: ∆UАБ – установившееся отклонение выходного напряжения. Если условие не соблюдается необходимо добавить один элемент в ряду.

Если расчет ведется для схемы выпрямителя с вольтодобавочным конвертором, то напряжение конвертора определяется выражением:

UК= UАБ– UАБmin, В.

Из таблицы П6 приложения выбирается типовой вольтодобавочный конвертор (с учетом тока нагрузки IН). Во многих случаях можно применять стабилизированные преобразователи напряжения, модули которых можно соединять параллельно.

3) Находим необходимую емкость аккумуляторов, приведенную к условному 10-часовому режиму разряда и температуре среды 20ºС [3, 5]:

21