30

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ

Институт управления в энергетике

Кафедра менеджмента в международном топливно-энергетическом бизнесе

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

по дисциплине

«Технология передачи и распределения электроэнергии»

для студентов специальности

«Менеджмент организации» - 061100

специализации

«Управление в энергетике» - 061102

Москва – 2004 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ

Институт управления в энергетике

Кафедра менеджмента в международном топливно-энергетическом бизнесе

Утверждаю

Первый проректор ГУУ

_____________________

проф. Ю. Л. Старостин

«____»_____________2004 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

по дисциплине

«Технология передачи и распределения электроэнергии»

для студентов специальности

«Менеджмент организации» - 061100

специализации

«Управление в энергетике» - 061102

Москва – 2004 г.

УДК 621.31(072)

Брдлик М.Р. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Технология передачи и распределения электроэнергии», ГУУ, М., 2004. с.

СОСТАВИТЕЛЬ

ст. преподаватель

М.Р. Брдлик

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР

заведующий кафедрой менеджмента в международном

топливно-энергетическом бизнесе,

доктор экономических наук, профессор

П.В. ГОРЮНОВ

РЕЦЕНЗЕНТ

доцент кафедры управления в энергетике

Института управления в энергетике

кандидат экономических наук, доцент

В.Н. Фомина

ВВЕДЕНИЕ

Для студентов специальности «Менеджмент организации» специализации «Управление в энергетике» – 061102 учебным планом предусматривается выполнение курсового проекта по дисциплине «Технология передачи и распределения электроэнергии». Основная цель курсового проектирования заключается в приобретении студентами навыков самостоятельной работы со специальной технической и научной литературой, в изучении технологических основ производства и передачи электроэнергии и анализе технико-экономических расчетов при выборе оптимальных решений.

Курсовой проект выполняется студентами дневного отделения в 3-м семестре, студентами вечернего отделения – в 6-м. Задание на курсовой проект выдается в начале семестра. В связи с недостатком в настоящее время учебной литературы по данной дисциплине для студентов указанной специализации в предлагаемых «методических указаниях к курсовому проектированию» подробно излагаются методы построения графиков нагрузок, технико-экономических расчетов при выборе трансформаторов, методика расчета токов К.З. и выбора основных коммутационных аппаратов, и выбора марки и сечения проводов питающих и распределительных линий.

Необходимые справочные материалы приводятся в приложении к методическим указаниям.

Содержание, объем и оформление курсового проекта.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

В расчетно-пояснительную записку входят:

Задание на проект

Расчет электрических нагрузок и построение графиков нагрузки

Технико-экономические расчеты по выбору числа и мощности трансформаторов

Расчет токов К.З. и выбор электрических аппаратов

Выбор сечения питающих и распределительных линий

Составление сметных соображений на проектируемый объект по укрупненным показателям

Выполненный курсовой проект представляется на проверку руководителю, после доработки проекта в соответствии с замечаниями руководителя, проект допускается к защите.

1. Методические указания к построению графиков нагрузки понизительной подстанции

Графики нагрузок строятся в прямоугольной системе координат: по оси ординат откладывается активная мощность P, MВт; по оси абсцисс – время в часах.

Для упрощения построения во всех вариантах не учитывается осветительная нагрузка и потери мощности в трансформаторах.

Исходные данные для построения графиков принять из приложения №1, таблица №1 и таблица №2.

Суточная нагрузка промышленного предприятия условно принимается одинаковой для зимы и лета. На основе построенных графиков нагрузки следует определить:

А) Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки ﾵ ﾧ (1)

Б) Продолжительность использования максимальной нагрузки ﾵ ﾧ (2)

Для облегчения построения графиков рекомендуется составить таблицы:

Таблица №1

Для суточных графиков

Часы сутокНагрузкаПотребленная электроэнергия, Э КВтч% от PмаксP, КВт0 – 8

8 – 12

…..

Таблица №2

Для годового графика

№ п/пНагрузка из суточного графика P, КВтПродолжительность нагрузки в году, чПотребленная электроэнергия, Э КВтчЧисло дней в году для расчета принять 365.

Выбор числа и мощности трансформаторов для главной понизительной подстанции (ГПП).

Исходными данными для определения номинальной мощности трансформатора является максимальная нагрузка потребителей в мегавольт – амперах (МВА). Технические данные трансформаторов приведены в приложении 2, таблица 1.

Нагрузочная способность трансформаторов

В условиях эксплуатации трансформаторы выдерживают аварийные и систематические перегрузки. Например, в аварийной ситуации при выходе из строя одного из трансформаторов с масляным охлаждением оставшийся в работе трансформатор допускает перегрузку на 40% сверх номинальной мощности. Такая перегрузка разрешается не более 5-ти суток при максимуме нагрузки не более 6-ти часов в сутки при условии, что коэффициент заполнения суточного графика нагрузки ﾵ ﾧ.

Окончательный выбор мощности трансформатора проводят на основании расчета экономической эффективности, определяя совокупные затраты для двух вариантов различной мощности с учетом постоянных и переменных составляющих эксплуатационных издержек.

б. Определение потерь мощности и энергии в трансформаторах.

Потери активной мощности в работающем трансформаторе равны:

ﾵ ﾧ, |КВт| (3)

где ∆Рxx – потери активной мощности в режиме холостого хода или потери в стали сердечника;

∆Рк.з. – потери активной мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке (из опыта короткого замыкания);

Значение ∆Рxx и ∆Рк.з. принимаются из приложения 2, таблица №1

β – коэффициент нагрузки трансформатора.

ﾵ ﾧ, (4)

где Sном – номинальная мощность трансформатора (п.2; т.1);

Sнагр. – нагрузка трансформатора из графика нагрузки.

При работе 2-х трансформаторов суммарные потери определяются по формуле:

ﾵ ﾧ |КВт| (5)

В зависимости от соотношения потерь ∆Pxx и ∆Pк.з. при различной нагрузке потребителя режим работы одного трансформатора на двухтрансформаторной подстанции может оказаться выгоднее, чем двух. Значение мощности, при которой потери в одном и двух трансформаторах будут равны, называется критической мощностью Sкр. Аналитически ее можно определить по выраж99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999 99999999 99 9

9

10ﾤ1010101010ﾧ1010101010101010‑10­10 10!10"10#10�&10Root Entry10101010101010101010101010101010101010101010ą10आ1010À1010䘀101010101010弐濱ꯠDŽ(10€1010101Table1010101010101010101010101010101010101010101010101010

Ă11111111111111111111111111111111111111

12က121212121212121212121212121212Ă 121212121212121212121212121212121212121212ᘴ121212SummaryInformation12121212121212121212121212(Ă1212121212121212121212121212121212121212ﾵ12က121212DocumentSummaryInformation12121212128Ă12121212121212121212121212121212121212က121212 CompObj1212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212j1212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212 12 ਃ12आ1212À1212䘀12䴠捩潲潳瑦圠牯d12卍潗摲潄c12潗摲䐮捯浵湥⹴8㧴熲1212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131313131314141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515쿐놡1515151515151515> 1515151515 15)151515က15+15 151515(15ꗬÁ䀵Й15ደ¿1515က1515؀15ᳬ15

橢橢㋏㋏161616161616161616ЙḴ16墭16墭16݌161616161616161616161616161616ﾤ16161616ﾤ16161616ﾤ1616161616161616ˆ1616Ő161616Ő16Ő161616Ő161616Ő161616Ő161616Ő16ﾵ1616161616Ť161616̌161616̌161616̌161616̌16

17̘17

18Ť181818ߜ18IJ18̰181818̰181818̰181818̰181818̰181818̰181818̰181818̰181818ݏ1818ݑ181818ݑ181818ݑ181818ݑ181818ݑ181818ݑ18$18ऎ18ɒ18ୠ18|18ݵ18!181818181818181818Ő181818̰1818181818181818181818̰181818̰181818̰181818̰181818ݵ18181818181818Ő181818Ő181818̰18181818181818̰181818ޖ1818Φ181818Φ181818Φ181818̰1818Ő181818̰181818Ő181818̰181818ݏ18181818181818Φ181818181818181818181818181818181818181818181818181818̰181818ݏ181818Φ18"18Φ181818ψ18‑18ڧ1818Ő181818Ő18181818181818181818181818181818181818181818181818181818181818۳181818̰181818̤18

19铓갪DŽ19191919̌191919͆19(19ڿ191919191919ݏ191919ެ19019ߜ191919ۇ19,19௜191919ͮ19"19௜1919۳19191919191919Ť191919Ť191919Ő191919Ő191919Ő191919Ő1919191919191919191919௜19191919191919Ő191919۳19\19̰191919̰191919Φ191919̰191919̰19191919191919191919191919191919191919̰191919̰191919̰191919ݵ191919ݵ191919Ť191919Ť19Ĥ19ʈ19„1919191919ΐ1919Ť191919Ť191919ʈ191919ā1919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919191919 точка К-1 не является удаленной, поэтому периодическая составляющая тока К.З. определяется с учетом затухания по формуле:

, (14)

где - сверхпереходная ЭДС генератора мощностью до 100 МВт равна 1,08

(15)

Точка К-2. Ток К.З. в точке К-2 также будет складываться из тока, поступающего от системы и ТЭЦ с учетом сопротивления трансформаторов. Но так как генераторы ТЭЦ находятся за двумя ступенями трансформации, то периодическую составляющую можно определить по формуле (12), где .

Таблица №3

Основные формулы для приведения

сопротивлений к базисным условиям.

S_баз = 100 МВА

№ п/п	Элементы схемы	Исходный параметр	Сопротивление Х* в относительных единицах
1	Генератор	Sном. ген.
2	Система	Sк.з. на шинах системы
3	Трансформатор	Sном. тр. Ик.з. %	без расщепленной обмотки Н.Н. с расщепленной обмоткой Н.Н.
4	ЛЭП	Иср.; Х0; ом/км; l км	, где n – число цепей

Расчет токов К.З. рекомендуется произвести для параллельной и раздельной работы трансформаторов на подстанции.

Результаты расчетов следует свести в таблицу:

Источник питания	I'', КА			iу, КА
	К-1	К-2		К-1	К-2
		Параллельная работа	Раздельная работа		Параллельная работа	Раздельная работа
Система
ТЭЦ
Результирующий ток К.З.

4. Выбор и проверка электрических аппаратов.

Аппаратура высокого напряжения выбирается с учетом:

– номинального напряжения;

– допустимого тока по нагреву;

– роду установки (внутри или вне помещений).

Выбранные по номинальным параметрам аппараты должны обязательно проверяться на действие токов К.З.

При выборе по номинальным параметрам должны соблюдаться следующие условия:

1. U_{раб. уст.} ≤ U_{ном. ап. (из паспорта)}

2. I_{раб. max} ≤ I_{ном. ап. (из паспорта)}

В режиме К.З. проводится проверка аппаратов:

а) по отключающей способности (выключатели и высоковольтные предохранители);

б) по электродинамической устойчивости;

в) по термической устойчивости.

Допускается не проверять на термическую устойчивость аппараты в цепях генераторов и главных трансформаторов, если обеспечена их электродинамическая устойчивость.

Проверка отключающей способности выключателя.

Отключающая способность выключателей нормируется следующими параметрами:

1. номинальным током отключения I_ном;

2. номинальным относительным содержанием апериодической составляющей тока К.З. – β_н..

Номинальный ток отключения относится к моменту размыкания контактов выключателя:

,

где – минимальное время действия защиты (0,01 с для диф. защиты и 0,5 с для МТЗ).

– собственное время отключения выключателя (из паспорта выключателя).

Значение β_н для практических расчетов принять в зависимости от t_откл из таблицы.

tоткл, с	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	более 0,1
βном	0,35	0,26	0,2	0,16	0,13	0,1	0,0

По полученному ранее расчетному значению периодической составляющей тока К.З. I_nt находим апериодическую составляющую i_at по выражению:

, (16)

где – коэффициент затухания апериодической составляющей принять для удаленной точки К.З. равным 0,14.

Способность выключателя отключить полный ток К.З. с учетом апериодической составляющей проверяется соотношением:

(17)

Электродинамическая устойчивость аппаратов определяется неравенством:

,

где ; принять 1,8. (18)

Термическую устойчивость аппарата завод характеризует номинальным током термической устойчивости , значения которого указаны в паспорте аппарата.

Термическая устойчивость проверяется по тепловому импульсу тока К.З. Вк.

Аппарат считается термически устойчивым, если соблюдается условие:

(19).

Если принять периодический ток К.З. незатухающим, то тепловой импульс определяется по выражению:

|А²*с| (20)

Минимальное сечение кабелей по условию термической устойчивости определяется по выражению:

, |мм²| (21)

где для кабеля с алюминиевыми жилами.

Выбор схемы и сечения кабелей местной сети.

Исходными данными для выбора схемы заводской сети и сечения кабелей являются число и мощность цеховых распределительных подстанций (РП).

Наиболее распространенные схемы приведены на рис. 4. В этих схемах в случае отключения одного из питающих кабелей вся нагрузка подстанции переходит на оставшийся в работе кабель.

Рисунок 4.

Для цеховых подстанций с нагрузкой 6000 КВт и более ток нагрузки получается больше, чем допустимый по условиям нагрева для предельного стандартного сечения. В связи в этим каждая линия выполняется из двух кабелей.

Сечение кабеля выбирается по трем критериям:

1. Выбор сечения по экономической плотности тока. Сечение кабеля по экономической плотности тока определяется по формуле (22) из условия нормального режим работы.

, |мм²| (22)

где I_max – максимальный ток нагрузки цеховой подстанции;

n – число параллельно работающих кабельных линий;

j_эк – экономическая плотность тока |А²/мм²|, принимаемая в зависимости от T_max по таблице 4, приложение 2.

Полученное по расчету сечение округляют до ближайшего стандартного по таблице 3 приложения 2.

2. Выбранное по экономической плотности тока проверяется по условиям длительного нагрева в аварийном режиме, когда отключается одна из питающих линий.

, (23)

где 1,3 – коэффициент учитывающий допустимую перегрузку кабеля;

К_п – коэффициент прокладки, учитывающий прокладку в траншее несколько лежащих рядом кабелей.

3. Минимальное сечение кабеля по условию термической устойчивости определяется по формуле (21). Для определения теплового импульса тока К.З. принять время защиты 1с, время отключения выключателя – 0,12 с.