Для ОЧНИКОВ / Пректирование эл_технич процессов 1

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГОУ ВПО «Самарская государственная

сельскохозяйственная академия»

Кафедра «Электрификация и

автоматизация АПК»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Задания для расчетно-графической работы и методические указания для ее выполнения студентами 4 курса инженерного факультета, обучающихся по специальности 110302.65 «Электрификация и..автоматизация сельского хозяйства»

г.Кинель 2011г.

УДК 631.371(07)

ББК-40.76(07)

К-75

Кузнецов М.А..

К-75 Проектирование электротехнических процессов.

Задания для расчетно-графической работы и методические

указания по ее выполнению./ Кузнецов М.А.,

Кинель: ФГОУ ВПО СГСХА, 2011. – 24 с.

Методические указания предназначены для студентов 4 курса инженерного факультета, обучающихся по специальности 110302.65 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

Использованы материалы и справочные данные из источников: Шеховцов В.П. Справочник-пособие по ОЭ и ЭСН, Обнинск, 1994г.; Шеховцов В.П. «Расчет и проектирование схем электроснабжения»,: ИНФРА-М,2010; Смирнов А.Д. и др. Справочная книга энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1987г.

Курсовое задание состоит из пояснительной записки и графической

части.

Пояснительная записка включает:

• введение, в котором раскрывается актуальность и значение темы, формируется цель;

• расчетную часть;

• описательную часть, в которой излагается технологические особенности и другие обоснования принятых решений;

• заключение, в котором содержатся выводы и рекомендации;

Графическая часть должна быть представлена тремя чертежами, выполненными на листах формата А4(картограмма нагрузок, схема ЭСН на плане, однолинейная схема ЭСН).

Текст основной части расчетно-пояснительной записки содержит сплошной текст, формулы, расчеты, таблицы, иллюстрационный мате­риал (рисунки, схемы, диаграммы). Каждый раздел начинают с нового листа. Номер подраздела состоит из номера раздела и подраздела, разде­ленных точкой. В конце номера подраздела точка не ставится. Разделы и подразделы должны иметь заголовки, которые следует писать с пропис­ной буквы. Листы записки имеют сквозную нумерацию. Номер страницы проставляют арабскими цифрами в правом верхнем углу без точки. Текст оформляют с соблюдением следующих размеров полей: левое - 30 мм, правое - 10 мм, верхнее - 15 мм, нижнее - 20 мм.

Индивидуальные варианты задания представлены в таблице 2 и таблице 14.

Задание на проектирование состоит из двух разделов:

• определение местоположения подстанции:

• найти координаты центра нагрузок;

• определить координаты ЦЭН активных;

• определить координаты ЦЭН реактивных;

• нанести данные на генплан.

• выбрать число и мощность питающих трансформаторов подстанции:

• составить схему ЭСН;

• рассчитать нагрузки и заполнить сводную ведомость нагрузок;

• выбрать ТП.

1

1. Методика расчета определения положения подстанции

Определить местоположения подстанции – это значит найти координаты центра нагрузок.

1. По исходным данным построить оси X иY генплана и нанести центры электрических нагрузок (ЦЭН) каждого цеха.

2.С учетом размеров территории генплана выбрать масштаб нагрузок, ориентируясь на наибольшую и наименьшую, приняв удобный радиус.

=; =;

=; =;

где m – масштаб нагрузок, кВт/км² или квар/ км²;

P_НМ, Q_НМ – наименьшая мощность цеха, кВт/км² или квар/ км²;

R_НМ – наименьший визуально воспринимаемый радиус картограммы нагрузки, км.

Величина m округляется и принимается как для активных, так и для реактивных нагрузок.

3. Определяются радиусы кругов активных и реактивных нагрузок всех цехов

R_a=; R_Р=;

где R_a и R_p – радиусы реактивной и активной нагрузок, км;

P и Q – активная и реактивная нагрузки цехов, кВт и квар;

m_a и m_р - масштаб нагрузок активной и реактивной, кВт/км², квар/км².

Если даны только P и то

Q = P.

2

4. Определяются условные координаты ЦЭН всего предприятия

X_а0 =; Y_а0 =;

A(X_а0, Y_а0) местоположения ГПП;

X_р0 =; Y_p0 =;

В(X_р0, Y_р0) местоположения ККУ,

где Х_а0, Y_а0 – координаты ЦЭН активных, км;

Х_р0, Y_р0 – координаты ЦЭН реактивных, км;

ККУ- комплектное компенсирующее устройство;

ГПП – главная понизительная подстанция.

5. Составляется картограмма нагрузок, на которую наносятся все необходимые данные.

Примечания.

1. Картограмму нагрузок можно составить для цеха и определить ЦЭН, т.е. определить место установки внутрицеховой ТП.

2. Величина нагрузок на генплане изображается кругами, площадь которых пропорциональна им.

Пример

Дано:

Генплан 3 х 2 км с силовыми нагрузками цехов (1кл. = 0,1 км)

Требуется:

- определить координаты ЦЭН активных;

- определить координаты ЦЭН реактивных;

- нанести данные на генплан.

Решение:

1. Наносятся на генплан центры электрических нагрузок (ЦЭН) каждого цеха (рис. 1), масштаб генплана m_г =0,2 км/см.

3

2. Определяются радиусы кругов активных и реактивных нагрузок, исходя из масштаба генплана.

3. Определяется масштаб активных (m_а) нагрузок, исходя из масштаба генплана. Принимается для наименьшей нагрузке (Ц5) радиус R_а5=0,1 км, тогда

== 796 кВт/км²;

Принимается m_а =800 кВт/км².

Определяется радиус для наибольшей нагруки при рпинятом масштабе

R_a=;

Нанесение нагрузок на генплан в данном масштабе возможно, масштаб утверждается.

Определяются радиусы кругов для остальных нагрузок:

R_ai=; R_ai =2∙10^-2 .

Результаты заносятся в « Сводную ведомость нагрузок цехов» (таблица 1).

Определяются реактивные нагрузки каждого цеха из соотношения

Q_i = ,

где определяется по .

Результаты заносятся в «Сводную ведомость нагрузок цехов».

Определяются радиусы кругов для реактивных нагрузок при том же масштабе, т.е. при m_р = 800 квар/км² по формуле

R_pi=2∙10^-2.

Результаты заносятся в «Сводную ведомость нагрузок».

Нагрузки кругами наносятся на генплан, активные – сплошной линией, реактивные – штриховой.

4. Определяются условные ЦЭН активной и реактивной:

X_а0 =;

4

Рис. 1. Картограмма нагрузок

Y_а0 =

Вблизи точки А(2,0; 0,88) располагают ГПП.

X_р0 =;

Y_p0 =

Вблизи точки В( 2,3; 0,83) располагают ККУ или синхронный компен-сатор (СК).

5. Составляются картограммы нагрузок для всего предприятия и наносятся необходимые данные.

5

Таблица 1. Сводная ведомость нагрузок цехов

Ответ: Место установки ГПП и ЦЭН точка А(2; 0,88). Место установки ККУ и ЦЭН точка В(2,3; 0,88).

Таблица 2. Индивидуальные задания определения положения подстанции

6

Продолжение таблицы 2.

7

2. Методика расчета электрических нагрузок цеха и выбор числа и мощности питающих трансформаторов

Расчет производится методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм), который сводится к определению максимальных (P_M , Q_M , S_M) расчетных нагрузок группы электроприемников.

P_М = К_МР_СМ; Q_М =Q_СМ; S_М = ,

где Р_М – максимальная активная нагрузка, кВт;

Q_М - максимальная реактивная нагрузка, квар;

S_М – максимальная полная нагрузка, кВ∙А;

К_М – коэффициент максимума активной нагрузки;

– коэффициент максимума реактивной нагрузки;

Р_СМ – средняя активная мощность за наиболее нагруженную

смену, кВт;

Q_СМ – средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную

смену, квар;

P_СМ = К_ИР_Н; Q_СМ =,

где К_И - коэффициент использования электроприемников,

определяется на основании опыта эксплуатации по таблице 1;

Р_Н - номинальная активная групповая мощность, приведенная к

длительному режиму, без учета резервных элетроприемников,

кВт;

- коэффициент реактивной мощности;

К_М = F(К_И, n_Э) определяется по таблицам(графикам) (см. табл. 3),

а при отсутствии их может быть вычислен по формуле

К_М = 1+ ,

где n_э – эффективное число электроприемников;

- средний коэффициент использования группы электро-

приемников, = ,

8

где , - суммы активных мощностей за смену и номинальных

в группе электроприемников, кВт;

n_Э = F(n, m, , Р_Н) может быть определено по упрощенным

вариантам (таблица 2), где n – фактическое число

электроприемников в группе;

m – показатель силовой сборки в группе,

m = ,

где , - номинальные приведенные к длительному режиму

активные мощности элетроприемников наибольшего и

наименьшего в группе, кВт.

В соотвествии с практикой проектирования принимается при

n_Э ≤ 10; при n_Э > 10.

Приведение мощностей 3-фазных электроприемников к длительному режиму

Р_Н = Р_П – для электроприемников ДР;

Р_Н = Р_П - для электроприемников ПКР;

Р_Н = S_П - для сварочных трансформаторов ПКР;

Р_Н = S_П - для трансформаторов ДР;

где Р_Н, Р_П – приведенная и паспортная активная мощность, кВт;

S_П – полная паспортная мощность, кВ∙А;

ПВ- продолжительность включения, отн. ед.

Приведение 1-фазных нагрузок к условной 3-фазной мощности

Нагрузки распределяются по фазам с наибольшей равномерностью и определяется величина неравномерности (Н)

Н = ∙100%,

где Р_ф.нб , Р_ф.нм – мощность наиболее и наименее загруженной

фазы, кВт.

При Н > 15% и включении на фазное напряжение

,

где - условная 3-фазная мощность (приведенная), кВт;

9

- мощность наиболее загруженной фазы, кВт.

При Н > 15% и включении на линейное напряжение

- для одного приемника;

- для нескольких электроприемников.

При Н ≤ 15% расчет ведется как для 3-фазных нагрузок( сумма всех 1-фазных нагрузок).

Примечание. Расчет электроприемников ПКР производится после приведения к длительному режиму.

Определение потерь мощности в трансформаторе

Приближенно потери мощности в трансформаторе учитываются в соответствии с соотношениями

ΔР = 0,02S_НН;

ΔQ = 0,1S_НН;

ΔS =;

S_ВН = S_НН+ ΔS.

Определение мощности наиболее загруженной фазы

- При включении на линейное напряжение нагрузки отдельных фаз однофазных электроприемников определяются как полусуммы двух плеч, прилегающих к данной фазе (рис. 2).

Р_А = ;

Р_В = ;

Р_С = ;

Из полученных результатов выбирается наибольшее значение.

10

Рис 2. Схема включения 1-фазных нагрузок на линейное напряжение

- При включении 1- фазных нагрузок на фазное напряжение нагрузка каждой фазы определяется суммой всех подключенных нагрузок на эту фазу (рис. 3).

Рис. 3. Схема включения 1-фазных нагрузок на фазное напряжение

11

Таблица 3. Рекомендуемые значения коэффициентов

12

Таблица 4. Упрощенные варианты определения n_Э

Примечание. В таблице 4:

К_З – коэффициент загрузки – это отношение фактической потребляемой активной мощности (Р_Ф) к номинальной активной мощности (Р_Н) электроприемника;

- относительное число эффективных электоприемников опредляется по (таблице 6);

- числоэлектроприемников с единичной мощностью больше или равной 0,5Р_н.нб;

- относительное число наибольших по мощности электроприемников;

- относительная мощность наибольших по мощности электроприемников.

13

Таблица 5. Зависимость К_М = F(К_И, n_Э)

14

Таблица 6. Значения = F(,

15

Таблица 7. Технические данные электроприемников

16

Пример

Дано:

Вариант – 30

Категория ЭСН-2

Электроприемники:

№ 1-7-19-21-24-25-29

Цех машиностроения – 350 м²

Требуется:

- составить схему ЭСН;

- рассчитать нагрузки и заполнить сводную ведомость нагрузок;

- выбрать ТП – 10/0,4.

Решение:

1. По таблице 7 по номерам находятся нужные электроприемники и разбиваются на группы: 3-фазный ДР, 3-фазный ПКР, 1-фазный ПКР, ОУ.

Выбираются виды РУ: ШМА, РП, ЩО.

Исходя из понятия категории ЭСН-1, составляется схема ЭСН с

учетом распределения нагрузки.

Так как потребитель 1 категории ЭСН, то ТП – двухтрансфор-

маторная, а между секциями НН устанавливается устройство

АВР(автоматическое включение резерва).

Так как трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка

распределяется по секциям примерно одинаково, а потому

принимаются следующие РУ: РП1(для 3-фазного ПКР), РП2(для 1-

фазного ПКР), ЩО, ШМА1 и ШМА2 (для 3-фазного ДР).

Такой выбор позволит уравнять нагрузки на секциях и

сформировать схему ЭСН (рис. 5)

2. Нагрузки 3-фазного ПКР приводятся к длительному режиму

Р_Н = Р_П = 5 = 3,9 кВт.

3. Нагрузка 1-фазного ПКР, включенная на линейное напряжение , приводится к длительному режиму и к условной 3-фазной мощности:

17

Рис 4. Распределние 1-фазной нагрузки по фазам

Р_Н = S_П = 28∙0,4∙ =7,1 кВт;

Р_В = Р_Ф.НБ = = 2Р_Н = 2∙7,1 = 14,2 кВт;

Р_А = Р_С= Р_Ф.НМ = = 1,5Р_Н = 1,5∙7,1 = 10,7 кВт;

Н = ∙100 = = 33% > 15%,

Рис 5. Схема ЭСН цеха

тогда =3 = 3∙14,2 =42,6 кВт.

18

4. Определяется методом удельной мощности нагрузка ОУ:

=S = 10∙350∙=3,5 кВт.

5. Распределяется нагрузка по секциям (таблица 8).

Таблица 8. Распределение нагрузки по секциям

Примечание. Резервные электроприемники в расчете электрических нагрузок не учитываются.

6. Согласно распределению нагрузки по РУ заполняется «Сводная ведомость нагрузок по цеху» (таблица 9).

Колонки 1, 2, 3, 5, 6, 7.

Клонка 4: = Р_Н n, кроме РП» с 1-фазными электроприемниками и ЩО.

Так как на РП1, РП2, ЩО электроприемники одного наименования, итоговых расчетов не требуется.

Расчеты производятся для ШМА1 и ШМА2.

Определяется m = , результат заносится в колонку 8.

Определяются Р _см = К_и Р_н , Q_см = Р_см , Sсм=,

результаты заносятся в колонки 9,10,11 соответственно.

Определяются = , = , = для

19

ШМА1 и ШМА2, результаты заносятся в колонки 5,6,7 соот-ветственно.

Определяется n_Э = F(n, m, , Р_Н) = 8, результат заносится в

колонку 12.

Определяется К_М = F(К_и.ср, n_Э), результат заносится в колонку 13.

Определяются P_М = К_МР_СМ; Q_М =Q_СМ; S_М = ,

результат заносится в колонки 15, 16, 17.

Определяется ток на РУ, результат заносится в колонку 18.

= = = 28,6 А;

= = = 32,4 А;

= = = 326,8 А;

= = = 297,9 А;

= = = 4,9 А;

Определяются потери в трансформаторе, результаты заносятся в

колонки 15, 16, 17.

ΔР_т = 0,02S_М(НН) = 0,02∙473,1 = 9,5 кВт;

ΔQ_т = 0,1S_М(НН) = 0,1∙473,1 = 4735 квар;

Δ = = = 48.3 кВ∙А.

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом

потерь, но без компенсации реактивной мощности.

S_Т ≥ S_Р = 0,7S_М(ВН) 0,7∙521,4 = 365 кВ∙А.

По таблице 12 выбирается масляный трансформатор типа ТМ мощностью 400 кВА. Согласно второй категории надежности на цеховой ТП необходимо установить два трансформатора. Выбранная мощность цехового трансформатора проверяется на перегрузочную способность в аварийномрежиме: 1,4∙S_Т ≥ S_М(ВН) ; 1,4∙400 ≥ 521,4 кВА, т. к. условие выполняется, следовательно мощность выбрана правильно. К установке принимается комплектная трансформаторная подстанция КТП 2х400/0,4,

20

Таблица 9. Сводная ведомость нагрузок по цеху

с двумя трансформаторами типа ТМ 400-10/0,4.

Определяется коэффициент загрузки трансформатора:

К_З = ∙ = ∙400 = 0,59.