Введение

Лабораторные работы по предмету «Электроснабжение отрасли» для специальности 140613 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования. Они способствуют лучшему усвоению изучаемого теоретического материала, развивают у студентов навыки в обращение с технической документацией с методами расчета и выбора электрических аппаратов, машин, питающего кабеля и провода. Позволяет составлять отчетность по проводимым работам и подготавливает студентов к выполнению курсовых работ.

Для проведения лабораторно-практических работ группа делится на бригады по два-три студента в каждой, которые после изучения методических указаний, выполняют одну и ту же работу.

Для проведения лабораторно-практических работ подобраны методические указания, где оговаривается порядок выполнения работ.

Лабораторно-практические занятия предусматривают усвоение студентами необходимых навыков при выборе электрических машин, аппаратов, питающих кабелей, проводов и способах их прокладки.

1 Лабораторная работа № 1 Ознакомление с расчётом лэп и выбором неизолированных проводников

Цель: приобрести навыки в расчётах линий электропередачи, понять, что такое экономическая плотность тока и от чего она зависит. Научиться выбирать сечения провода и сформировать марку провода, уметь рассчитать потери напряжения и знать, что надо делать, чтобы уменьшить потери напряжения.

Понять, что при передаче электроэнергии по линии происходит потеря мощности, уметь рассчитать потери и понять, что надо делать для уменьшения потерь в линии.

Задание:

1) выбрать сечение и марку неизолированного провода;

2) определить потери напряжения в линии;

3) определить потери мощности в линии.

Оборудование и материалы:

1. линия электропередачи, потребитель 1 и потребитель 2 и другие данные, необходимые для расчёта (взять согласно задания).

Методические указания

Сечение провода, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии называют экономическим.

ПУЭ рекомендует для определения расчётного экономического сечения S эк метод экономической плотности тока

,

где S эк – экономическое сечение провода, мм;

I м.р. – максимальный расчётный ток в линии при нормальном режиме работы,

а для трёхфазной цепи:

,

где J эк. – экономическая плотность тока, А/мм, принимается на основании опыта эксплуатации;

J эк. = F (Тм, вид проводника)

Сущность технико - экономического расчёта, по которому определено значение экономической плотности тока поясняется на рисунке 1.

Рисунок 1 – Технико-экономический расчет

Прямая 1 представляет собой зависимость капитальных вложений К и расходов на амортизацию Н2 от сечения проводника F, чем больше площадь сечения, тем дороже стоит провод.

С другой стороны, чем больше площадь сечения F, тем меньше потеря электроэнергии в линии. Кривая 2 представляет собой затраты на потерю электроэнергии, имеет обратную зависимую от сечения характеристику. Суммарные ежегодные затраты, получаемые при сложении ординат 1 и 2, представлены кривой 3. Кривая ежегодных затрат 3 имеет ярко выраженный максимум, при котором оптимальная площадь сечения провода Fэк., называемым экономическим сечением проводника.

,

где Тм – время использования максимальной нагрузки за год, час.

Потери мощности и энергии в линиях электропередачи.

Из курса электротехники потери активной мощности в линии переменного трёхфазного тока

аналогично потери реактивной мощности в линии переменного тока

Активное сопротивление линии

где - активное сопротивление 1км проводника линии,Ом/км;

L – длина линии; км.

Индуктивное сопротивление линии, создаваемого магнитным полем, образующимся вокруг проводников линии, при прохождении переменного тока

,

где Xо – расчётное индуктивное сопротивление 1 км проводника линии, Ом/км.

Рисунок 2 – Схема замещения линии напряжением 6 – 35 кВ

Данные линии (рисунок 2) имеют небольшую протяжённость (от 1 до 20 км), поэтому токи активной и ёмкостной проводимости в них незначительны по сравнению с токами нагрузки линии и в расчёт не берутся. Схема замещения данных линий указана на рисунке 2.

Расчёт сетей по потере напряжения

Выбранное по длительно допустимому току сечение проводников электрических сетей должно быть проверено на потерю напряжения.

Отклонением напряжения у электроприёмников называется алгебраическая разность между фактическим (действительным) напряжением в сети Uфакт. и номинальным напряжением электроприёмников, отнесённая к номинальному напряжению Uном.

Рисунок 3 – Схема сети с равномерно распределенной нагрузкой

На рисунке 3 изображена схема сети с равномерно распространённой нагрузкой по её длине и график распределения напряжения по линии. Номинальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора согласно стандарту принято на плюс 5 % выше номинального напряжения сети, для компенсации потерь напряжения в сети. Допустимые отклонения напряжения у наиболее удалённых электроприёмников должны быть не ниже минус 5 %. Общее снижение напряжения в сети от источника питания до наиболее удалённого электроприёмника равно (+ 5 % - (-5 %))=10 % номинального напряжения.

Алгебраическая разность между напряжением источника питания U1 и напряжением в месте подключения электроприёмника в сеть U2 называется потерей напряжения.

Падением напряжения называется геометрическая разность векторов напряжений переменного тока в начале Uф1 и в конце Uф2, рассматриваемого участка электрической сети

,

где z, r, x – соответственно полное, активное и реактивное сопротивление линии, Ом;

I – ток в линии, А.

Рассмотрим простейшую схему одной фазы линии трёхфазного тока с симметричной нагрузкой на конце, заданной током нагрузки I и коэффициентом мощности . Напряжение Uф2 в конце линии известно, следует определить напряжение в начале линии Uф1, c помощью векторной диаграммы (рисунок 4)

Uф2

Uф1

Рисунок 4 – Схема и векторная диаграмма линии с нагрузкой на конце

По положительной вещественной оси системы координат расположения вектор . Так как нагрузка имеет индуктивную составляющую, то вектор тока будет находится под углом к вектору напряжения в сторону отставания. К концу вектора отложим вектор падения на активном сопротивлении линии R, I·*·R и под углом 90⁰ к нему в сторону опережения вектор падения напряжения в реактивном сопротивлении X , т.е. j x*I.

Соединив полученную точку С с началом координат 0 получим искомый вектор напряжения в начале линии , ориентированный по отношению к току на угол . Отрезок АС – величина полного падения напряжения в заданной фазе, рассматриваемой линии.

Продольная составляющая обозначенная отрезок АД, направленная вдоль вектора .

Поперечная составляющая - отрезок СД можно записать

определим эти составляющие:

,

.

Зная, что

Получим

- продольная составляющая;

- поперечная составляющая.

В процентах к номинальному напряжению потеря напряжения:

Порядок выполнения работы

По данным таблицы 1 индивидуальных заданий, согласно номера студента в журнале, выбирается вариант задания, выписываются данные индивидуального задания на практическую работу №1.

Таблица 1 - Индивидуальные задания на практическую работу №1

Вариант		ЛЭП			Потребитель 1				Потребитель 2
	лэп	Тм, ч	L, км	Vлэп, км	Р1, МВт	V1, кВ		L1, км	Р2, МВт	V2, кВ		L2, км
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	0,9	1000	28	35	1	6	0,8	10	1,5	10	0,95	13
2	0,85	2000	27	35	0,88	6	0,81	9,5	1,47	10	0,94	6
3	0,8	3000	26	35	0,81	6	0,82	9	1,45	10	0,93	6,5
4	0,9	3500	25	35	0,79	6	0,83	8,5	1,43	10	0,92	7
5	0,85	4000	24	35	0,77	6	0,84	8	1,4	10	0,91	7,5
6	0,8	4500	23	35	0,75	6	0,85	7,5	1,3	10	0,9	8
7	0,9	5000	22	35	0,73	6	0,86	7	1,25	10	0,89	8,5
8	0,85	5500	21	35	0,71	6	0,87	6,5	1,2	10	0,88	9
9	0,8	6000	20	35	0,69	6	0,88	6	1,15	10	0,87	9,510
10	0,9	6500	19	35	0,67	6	0,89	6,5	1,1	10	0,86	10,5
11	0,85	7000	18	35	0,65	6	0,9	7	1,05	10	0,85	11
12	0,8	7500	17	35	0,63	6	0,91	7,5	1	10	0,84	11,5
13	0,9	7000	16	35	0,61	6	0,92	8	0,95	10	0,83	12
14	0,88	6000	15	35	0,59	6	0,93	8,5	0,9	10	0,82	11,5
15	0,85	5000	14	35	0,61	6	0,94	9	0,85	10	0,81	11
16	0,83	4000	13	35	0,57	6	0,95	9,5	0,8	10	0,8	10,5
17	0,8	3000	12	35	0,55	6	0,94	10	0,85	10	0,81	10
18	0,9	2000	11	35	0,57	6	0,93	10,5	0,9	10	0,82	9,5
19	0,87	1000	10	35	0,59	6	0,92	11	0,95	10	0,83	9
20	0,85	1500	11	35	0,61	6	0,91	11,5	1	10	0,84	8,5
21	0,83	2000	12	35	0,63	6	0,9	11	1,05	10	0,85	8
22	0,8	2500	13	35	0,65	6	0,89	10,5	1,1	10	0,86	7,5
23	0,92	3000	14	35	0,67	6	0,88	10	1,15	10	0,87	7
24	0,9	3500	15	35	0,69	6	0,87	9,5	1,2	10	0,88	6,5
25	0,88	4000	16	35	0,71	6	0,86	9	1,25	10	0,89	6
26	0,85	4500	17	35	0,73	6	0,85	8,5	1,3	10	0,9	6,5
27	0,83	5000	18	35	0,75	6	0,84	8	1,4	10	0,91	7
28	0,80	5500	19	35	0,77	6	0,83	7,5	1,5	10	0,92	7,5
29	0,9	6000	20	35	0,79	6	0,82	7	1,4	10	0,93	8
30	0,85	6500	21	35	0,81	6	0,81	6,5	1,35	10	0,94	8,5
31	0,8	7000	22	35	0,83	6	0,8	6	1,3	10	0,95	9

Рассчитать линию электропередачи (ЛЭП) – это значит определить:

1) сечение провода и сформировать марку;

2) потери мощности;

3) потери напряжения.

ПУЭ рекомендует для определения расчётного экономического сечения (S эк.) метод экономической плотности тока:

,

где S эк. – экономическое сечение провода, мм;

I м.р. – максимальный расчётный ток в линии при нормальном режиме работы, А;

J эк. – экономическая плотность тока, А/мм² , принимается на основании опыта эксплуатации.

J эк.=F (Тм, вид проводника);

где Тм – время использования максимальной нагрузки за год, час.

Принимается по таблице 1 индивидуальных заданий.

Полученное расчётное экономическое сечение (S эк.) приводят к ближайшему стандартному значению. Если получено большое сечение, то берётся несколько параллельных проводов (линий) стандартного сечения так, чтобы суммарное сечение было близко к расчетному.

Формируется марка провода, указывается допустимый ток.

По данным задания по формуле рассчитывают максимальный расчётный ток.

Определяем потери мощности в линии по формуле

,

где n – число параллельных линий;

V – напряжение в линии, В;

R – полное активное сопротивление линии, Ом.

- полная мощность линии

,

где r₀ - расчетное активное сопротивление, 1 км проводника линии, Ом/км, определяется по таблице 3;

L – длина линии; км.

Определяем индуктивные потери мощности в линии по формуле

,

,

где X₀ – расчётное индуктивное сопротивление 1 км проводника линии, Ом/км, определяется по таблице 3

Определяем полную потерю мощности по формуле:

Потеря напряжения в линии

,

где

,

.

Для линии к первому потребителю записываем марку провода, сечение, сопротивления r₀; x₀, потери мощности в линии, активную, реактивную, полную, потерю напряжения в линии в процентах.

По данной методике рассчитывают линию к потребителю № 2.

Для расчёта линии электропередачи (ЛЭП) складываются мощности 1 и 2 потребителя, т.е. складываются отдельно активные и индуктивные мощности

Р = Р1+Р2 и Q = Q1+Q2,

где

Q = P×tg

и определяем полную мощность ЛЭП

Далее определяем активную мощность ЛЭП

Далее расчёт производим по ранее предложенной методике.

Данные расчёта заносятся в таблицу 2

Таблица 2 – Данные расчета

Наименование потребителя	S эк., мм2	марки провода	Iдл.доп., А.	, кВт	, кВт	,	, %	Прим.
Потребитель №1
Потребитель №2
ЛЭП

Контрольные вопросы к заданию

1 Какие допустимые потери напряжения для ЛЭП?

2 Какими способами можно понизить потери напряжения в ЛЭП?

3 В каких случаях не подлежат проверке на экономическую плотность тока электрические сети?

4 Сделать вывод к проделанной работе.

Таблица 3 - Значения удельных сопротивления кабелей, проводов

S, мм2 жилы	r 0, мОм/м при 20 0С жилы		Х0, Ом/км
	Аl	Cu	кабель с бумажной поясной изоляцией	три провода в трубе или кабель с любой изоляцией (кроме бумажной)
1	2	3	4	5
1	-	18,5	-	0,133
1,5	-	12,3	-	0,126
2,5	12,5	7,4	0,104	0,116
4	7,81	4,63	0,095	0,107
6	5,21	3,09	0,09	0,1
10	3,12	1,84	0,073	0,099
16	1,95	1,16	0,0675	0,095
25	1,25	0,74	0,0662	0,091
35	0,894	0,53	0,0637	0,088
50	0,625	0,37	0,0625	0,085
70	0,447	0,265	0,0612	0,082
95	0,329	0,195	0,0602	0,081
120	0,261	0,154	0,0602	0,08
150	0,208	0,124	0,0596	0,079

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4	5
185	0,169	0,1	0,0596	0,78
240	0,13	0,077	0,0587	0,077