Текст пособия



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

В.А. ШАХНИН

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Учебное пособие к курсовому проектированию по дисциплине «Электроснабжение технических объектов, зданий и сооружений» для студентов, обучающихся в магистратуре по направлению 200100 «Приборостроение», программа «Приборы и системы альтернативной энергетики»

© Шахнин В.А., 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………..4

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ КУРСОВОГОПРОЕКТИРОВАНИЯ………………………………………………………….….4

1.1. Содержание курсового проекта……………………………..4

1.2. Требования к пояснительной записке и графической части…………….8

ПРЕДПРОЕКТНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ….10

2.1. Анализ состава и характеристик потребителей электроэнергии………10

2.2. Выбор номинальных значений напряжений сети электроснабжения….14 3. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ………………………………….17

3.1. Расчёт нагрузок электрической сети 0,4 кВ…………………………….17

3.2. Расчёт высоковольтных электрических нагрузок (10 кВ)……………..21

ВЫБОР ЦЕХОВЫХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С УЧЁТОМ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ…………………………24

4.1. Предварительный выбор количества и мощности цеховых трансформаторов

4.2 Компенсация реактивной мощности на стороне 0,4кВ

Защита линий в сетях с глухозаземленной нейтралью10

Защита линий в сетях 10 (6) кВ с изолированной нейтралью

и с нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор.11

Релейная защита кабельных линий 10 (6) кВ11

Релейная защита токопроводов12

Защита силовых трансформаторов13

Защита электродвигателей. …. 14

ВЫБОР И РАСЧЕТ СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ16

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ….17

ПРИМЕРЫ ВЫБОРА СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ19

Выбор сечений проводов ВЛ 110 кВ19

Выбор сечения жил трехфазного кабеля КЛ 10 кВ19

7.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ20

Расчет максимальной токовой защиты ВЛ 10 кВ.20

Расчет МТЗ с независимой характеристикой выдержки времени28

Расчет МТЗ радиальной кабельной линии32

Расчет МТЗ параллельных кабельных линий36

Расчет токов и коэффициентов самозапуска для различных типов нагрузки…………………………………………………………………………..39

Расчет параметров элементов защиты трансформатора

10/0,4 кВ44

7.7.Расчет защиты асинхронного электродвигателя большой

мощности51

ПРИЛОЖЕНИЯ..54

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………… …………78

ВВЕДЕНИЕ

Курсовое проектирование по дисциплине «Электроснабжение технических объектов, зданий и сооружений» является важнейшим звеном в подготовке магистров по программе «Приборы и системы альтернативной энергетики».

В ходе курсового проектирования на основе знаний, полученных в результате освоения теоретического курса по названной дисциплине, студенты должны приобрести умения и навыки самостоятельной постановки и решения практических задач электроснабжения, в ряде случаев не имеющих однозначных ответов. Безусловно, это требует глубоких знаний теории, умения работать с научно-технической литературой и творческого мышления, т.е. того, что необходимо для успешной профессиональной деятельности после завершения обучения в университете.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Содержание курсового проекта

Содержание курсового проекта определяется заданием, которое выдается руководителем проекта и оформляется по форме, приведенной в прил.1. Целесообразно включение в курсовой проект следующих основных разделов:

предпроектный анализ системы электроснабжения;

расчёт электрических нагрузок;

расчёт сечения и выбор проводников линий;

расчёт токов коротких замыканий;

выбор и расчет устройств релейной защиты и автоматики отдельных элементов системы электроснабжения в соответствии с заданием на курсовой проект;

выбор и расчетная проверка трансформаторов тока, а также определение сечений соединительных проводов одной из защит в соответствии с заданием на курсовой проект;

разработка принципиальных электрических схем защит;

графическая часть (принципиальные электрические схемы защит).

1.2. Требования к пояснительной записке и графической части проекта

Пояснительная записка курсового проекта должна иметь следующую структуру:

титульный лист (прил. 2);

введение;

изложение основных результатов работы (3-5 глав);

заключение;

библиографический список;

оглавление.

Введение, Во введении должны быть кратко отражены современное состояние в области систем электроснабжения и актуальность выбранной темы, определены методы решения поставленных задач и сформулирована цель работы. Объем введения — не более двух страниц.

Основные результаты работы. В первой и последующих главах должны быть представлены результаты работы согласно заданию. Каждая глава должна заканчиваться выводами, в которых в краткой форме даются результаты данного этапа работы и конкретизируются задачи и методы их решения в последующих главах.

Заключение. В заключении формулируются главные выводы проектирования, показывающие достигнутый уровень в решении проблемы. Объем заключения — обычно одна страница.

Список литературы. В список, с указанием библиографических данных, включается литература по усмотрению автора пояснительной записки. Если в работе сделаны ссылки на научную информацию, позволяющую принять конкретное решение, включение в список литературы первоисточника обязательно.

Пояснительная записка печатается на принтере (шрифт размером не менее 14 пунктов) или на печатной машинке на листах бумаги форматом А4 (210×297 мм) через полтора-два интервала. Для разворотных таблиц и рисунков допускается формат A3 (297×420 мм). Заголовки таблиц, названия схем можно печатать через один интервал.

Напечатанный текст должен иметь поля следующих размеров:

верхнее и нижнее — 25 мм;

правые — 10 мм;

левые — 25 мм.

Разрешается использование рукописного текста. В этом случае текст выполняется аккуратно, без исправлений, разборчивым почерком.

Абзацный отступ равен пяти знакам. Заголовки глав и параграфов отделяются от текста сверху и снизу тремя интервалами. Текст печатается строчными буквами. Заглавными (прописными) буквами печатаются аббревиатуры, а также названия глав, слова «Введение» и «Заключение». Знаки, символы, обозначения, а также математические формулы могут быть набраны на компьютере или вписаны от руки тушью (чернилами, пастой) черного цвета. Вписываемые символы должны иметь размер не менее машинописного шрифта, надстрочные и подстрочные индексы, показатели степени могут быть меньших разменов, но не менее двух миллиметров по высоте.

В тексте должна быть соблюдена соподчиненность глав, параграфов и пунктов. Нумерация глав параграфов выполняется арабскими цифрами, которые отделяются от названий точкой. Номер параграфа состоит из цифры, обозначающей номер главы, и цифры, обозначающей его порядковый номер в составе главы, отделенных друг от друга точкой.

Каждая глава пояснительной записки начинается с новой страницы.

Страницы пояснительной записки нумеруются от титульного листа и до последнего, цифра 1 на титульном листе не ставится. Нумерация страниц выполняется арабскими цифрами сверху посередине.

Приложения нумеруются арабскими цифрами (без значка №) и имеют названия.

Ориентировочный объем пояснительной записки — в среднем 20-25 страниц.

Графическая часть выполняется в соответствии с требованиями ГОСТа ЕСКД [25] на одном листе формата А1 и должна содержать принципиальные электрические схемы щит, указанных преподавателем. Перечень элементов можно не оформлять. Типы используемых реле приводятся в пояснительной записке.

В учебной конструкторской документации допускаются некоторые особенности заполнения основной надписи (см. прил. 3.). В графы, номера которых ниже даны в скобках, вписываются:

в (1) — наименование чертежа в именительном падеже (первое слово — имя существительное), например, «схема электроснабжения однолинейная»;

в (2) — обозначение документа, для курсовых проектов рекомендуется следующее обозначение:

ВлГУ.200100. 4. 00. Э3,

1 2 3 4 5

где 1 — название вуза;

– шифр направления подготовки;

— шифр работы (4 — курсовой проект, 5 — курсовая работа);

— номер документа (пояснительная записка — 00);

— код документа (ЭЗ — схема электрическая принципиальная);

в (3) — буквенное обозначение документа (курсовой проект — К);

в (4) — название кафедры.

При выполнении графического материала желательно использование системы AutoCad или графического редактора MSVisio.

После защиты чертеж складывается по форме, приводимой в прил.3.

2. ПРЕДПРОЕКТНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Основными задачами, решаемыми при проектировании системы, являются: оптимизация параметров схемы путем обоснованного выбора рациональных напряжений в системе внешнего и внутреннего электроснабжения; определение электрических нагрузок и выполнения требований по обеспечению бесперебойности электроснабжения; рациональный выбор числа и мощности трансформаторов, конструкций промышленных сетей; выбор средств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения.

2.1. Анализ генерального плана объекта электроснабжения

Общее представление о структуре объекта электроснабжения и о размещении его подразделений на территории позволяет получить анализ генерального плана. представлена генеральным планом, показанным на рис. 1.1. В случае, если объектом электрснабжения является промышленное предприятие, производственная структура учитывает организацию основных, вспомогательных подразделений (цехов, участков) и функциональных (обслуживающих) подразделений. Взаимным расположением зданий и сооружений на территории предприятия, а также размещением в них основных подразделений выполняется требование поточности производственного процесса, предусматривающего кратчайшие пути транспортирования изделия по всему технологическому циклу – от запуска в производство исходных материалов до выхода с предприятия готовой продукции. На основе генерального плана строится схематический план расположения структурных подразделений, необходимый для выбора места размещения трансформаторных подстанций и прокладки линий электропередач.

Для данного учебного пособия условно выберем в качестве объекта проектирование системы электроснабжения типичное для России машиностроительное предприятие. Допустим, что схематический план расположения его подразделений представлен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схематический план объекта электроснабжения:

1 – Цех механообработки; 2 – Сборочно-производственный корпус №1; 3 – Сборочно-производственный корпус №2; 4 – Сборочно-производственный корпус №3; 5 – Компрессорная; 6 – Котельная; 7 – Литейный цех; 8 – Цех лакокрасочных покрытий; 9 – Электротехнический цех; 10 – Ремонтно-механический цех; 11 – Деревообрабатывающий цех; 12 – Автотранспортное хозяйство; 13 – Складской комплекс; 14 – Лабораторный корпус; 15 – Административно-бытовой корпус; 16–Водозабор.

2.2. Анализ состава и характеристик потребителей электроэнергии

Перед началом проектирования проводится предварительной анализ принадлежности проектируемых электрических сетей и имеющихся на объекте электроприёмников к той или иной группе общепринятых систем классификации. Это необходимо для рационального выполнения системы электроснабжения, которая должна удовлетворять требованиям экономичности, надежности, безопасности и удобства эксплуатации, обеспечивать надлежащее качество электроэнергии.

По уровню напряжения электрические сети технических объектов, зданий и сооружений принято делить на две категории: высоковольтные и низковольтные. К низкоковольтным относятся сети с напряжением менее 1000 вольт. Электроснабжение технических объектов, зданий и сооружений обычно осуществляется по высоковольтным питающими линиями 6 или 10 кВ от распределительных устройств того же напряжения электрических станций или подстанций (рис. 2.2, а). Для крупных технических объектов, например, промышленных предприятий и населённых пунктов, применяется электропитание от указанных источников, но по линиям более высокого напряжения (35—220 кВ) с помощью подстанций глубокого ввода (ПГВ) [1]. Соответствующая схема приведена на рис. 2.2, б. В первом случае на объект вводят питающие линии от центров питания до главных понизительных подстанций (ГПП) или центральных распределительных пунктов (ЦРП). Распределительные сети 10(6) кВ связывают ГПП и ЦРП с крупными высоковольтными электроприёмниками, распределительными пунктами и трансформаторными подстанциями (РП и ТП) цехов предприятий или городских микрорайонов.

Рис. 2.2. Схемы электроснабжения: а — с питающими кабельными линиями

10(6) кВ; б — с глубоким высоковольтным вводом

Кабельные распределительные сети 6 и 10 кВ промышленного предприятия обычно состоят из радиальных линий. Надежность электроснабжения ответственных электроприемников обеспечивается за счет питания от двух независимых источников или от двух систем шин (секций) одного источника, а также применения устройств автоматического включения резерва. Параллельная работа предусматривается обычно только для питающих линий. При больших токах нагрузки (2000 А и выше) для питания цеховых подстанций применяются токопроводы с жесткими шинами или гибкими проводами. Токопроводы существенно отличаются от воздушных и кабельных линий электропередачи механическими и электрическими параметрами [2]. В схемах с глубоким высоковольтным вводом распределительные устройства ПГВ выполняют роль распределительных подстанций. Требуемая надёжность электроснабжения определяется категориями потребителей электроэнергии и особенностями технологического процесса, неправильная оценка которых может привести как к снижению надежности системы электроснабжения, так и к неоправданным затратам, например, на излишнее резервирование.

По надёжности электроснабжения все электроприёмники делятся на три категории.

Электроприёмники первой категории – это электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь чрезвычайно серьёзные последствия. В нормальных режимах эти приёмники должны получать питание от двух независимых взаимно резервируемых источников; допустим перерыв электроснабжения лишь на время автоматического перехода на резервный источник. Из состава первой категории выделяется особая группа электроприёмников, отключение которых ведёт к гибели людей, взрывам и т.п. Для особой группы должна обеспечиваться возможность электроснабжения от третьего независимого источника.

Электроприёмники второй категории – это электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, нарушениям нормальной жизни и деятельности значительного количества населения. В нормальных режимах эти приёмники должны получать питание также от двух независимых взаимно резервируемых источников, однако допустим перерыв электроснабжения (не более 2-х часов), необходимый для включения резервного питания действиями дежурного персонала.

Электроприёмники третьей категории – это все остальные электроприёмники. В нормальных режимах они могут получать питание от одного источника; допустим перерыв электроснабжения не более 24 часов.

2.2. Выбор номинальных значений напряжений сети электроснабжения

При реальном пректировании напряжения участков электрической сети обычно выбирается на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. При выборе окончательного проектного решения целесообразно отдавать предпочтение варианту с более высоким номинальным напряжением.

При курсовом, т.е. учебном проектировании, выбор номинальных значений напряжения производится без экономического анализа с учётом только технических особенностей системы. Например, при выборе номинального напряжения внешнего участка сети принимаются во внимание существующие напряжения возможных источников питания энергосистемы, расстояние от этих источников до проектируемого объекта, категории надёжности и суммарная мощность электроприёмников объекта. Для предварительного расчёта номинального значения напряжения внешнего электроснабжения проектируемого объекта целесообразно воспользоваться формулой Илларионова [7]:

(2.1)

где а – длина электрической линии, км;

Р – расчетная мощность объекта (при курсовом проектировании установленная мощность), МВт .

Окончательно выбирается ближайшее большее к результатам расчёта по формуле (2.1) значение из стандартной шкалы номинальных напряжений: 6, 10, 35, 110, 220. 330, 500, 750,1150 кВ.

В распределительных межцеховых или межквартальных сетях небольших, средних предприятий и городов в настоящее время применяются номинальные напряжения 6 и 10 кВ. Как правило, при проектировании электроснабжении новых объектов следует применять напряжение 10 кВ как более экономичное. В качестве внутрицехового, внутриквартального и внутридомового номинального напряжения источников питания низковольтных электроприёмников обычно принимается значение 0,4 кВ.

На этапе предпроектного анализа целесообразно сформировать группы электроприёмников с примерно одинаковыми коэффициентами спроса и свести информацию об их параметрах в специальные таблицы (в качестве примера см. табл.3.1).

3.РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Основными элементами систем электроснабжения являются электрические сети, а также различные трансформаторные и преобразовательные подстанции. Выбор этих элементов производится по расчетным электрическим нагрузкам. Занижение расчетных нагрузок при проектировании может привести к перегревам элементов систем электроснабжения и ускоренному их износу, завышение расчетных нагрузок приводит к излишним капиталовложениям и затратам на системы электроснабжения.

3.1.Расчёт нагрузок электрической сети 0,4 кВ

Наиболее важными потребителями электрической энергии во внутрицеховых и внутриквартальных сетях 0,4 кВ являются двигатели электроприводов технологического оборудования, электроосвещение, электробытовые приборы и нагреватели, т.е. потребители с длительным и повторно-кратковременным (ПКР) режимами работы. На рис. 3.1 представлены типичные графики изменения потребляемой ими мощности.

а) б)

Рис. 3.1. Графики нагрузки электроприемников: а-длительный режим работы; б- повторно-кратковременный режим работы.

Длительный режим – это режим, при котором температура электроприемника возрастает по экспоненте и через 3То достигает установившегося значения (То – постоянная времени нагрева электроприемника). В длительном режиме работают электроприводы автоматической линии, вентиляторов, насосов, станков, электрические печи сопротивления, осветительные приборы и т.п.

Повторно-кратковременный режим – это режим, при котором температура за время включения повышается, но не достигает установившегося значения, а за время пауз снижается, но не достигает температуры окружающей среды. Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения

,

где tц — время цикла работы электроприемника (не более 10 минут); tв — время включения электроприемника; tп — время паузы в работе электроприемника. В повторно-кратковременном режиме работают электродвигатели машин контактной сварки, прессов, лифтов и мостовых кранов. Для электроприёмников, работающих в длительном режиме значение ПВ принимается за единицу

Расчет активной (РР.i) и реактивной (QР.i) мощности проводится по группам электроприёмников с близкими значениями коэффициентов спроса, сформированным на этапе предпроектного анализа, с учётом установленной мощности электрооборудования группы. За установленную мощность принимается сумма номинальных мощностей электроприёмников той или иной группы. При расчёте используются следующие формулы

где Руст. i –установленная мощность i-й группы электроприёмников, кВт;

kс. i – коэффициент спроса i-й группы электроприёмников;

φi усреднённый угол фазового сдвига между напряжением и током для электроприёмников i-й группы ,

В табл. 3.1 приведены параметры и результаты расчёта мощностей для различных групп электроприёмников типичного цеха механообработки машиностроительного завода. Например, для группы металлорежущих станков расчетные значения активной, реактивной и полной мощностей рассчитаны так

Аналогично проведён расчет для остальных групп оборудования механического и других цехов завода Результаты расчётов в целом по объекту электроснабжения отражаются в сводной таблице (в качестве примера см. табл. 3.2).

Таблица 3.1

Электрические нагрузки сети 0,4кВ цеха механообработки

Наименование групп электроприёмников

Pн, кВт

kс

cosφ

ПВ

tgφ

Pp, кВт

Qp, кВАр

Sр, кВА

1.

Металлорежущие станки

3426

0,15

0,80

1

0,75

513,90

385,43

642,37

2.

Вентиляторы

185

0,6

0,45

1

1,98

111,10

219.78

246,67

3.

Подъемно-транспортные механизмы

165

0,06

0,45

0,4

1,98

6,26

12,43

13,91

4.



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст




map