Скачать бесплатную работу можно по короткой ссылке. Ознакомится с содержимым можно ниже.
1 Введение
2 Задача 1
3 Задача 2
4 Заключение
Исходные данные:
На рисунке 1 представлен один из вариантов электроснабжения низковольтно-го распределительно пункта (НРП), установленного в одном из цехов машино-строительного завода. Питание НРП осуществляется от 1 с.ш. цеховой трансфор-маторной подстанции по кабельной линии напряжением 0,4 кВ (КЛ-0,4 кВ) дли-ной 100 м. От НРП питаются четыре асинхронных двигателя, паспортные данные которых приведены в таблице 1.
Uн, кВ Рн , кВт ПВ,% cosφ\tgφ η, о.е. kиа
М3 0,4 15 25 0,85/0,62 0,95 0,3
М4 0,4 25 60 0,7/1,02 0,95 0,7
М5 0,4 20 60 0,8/0,75 0,95 0,4
М6 0,4 15 60 0,9/0,48 0,95 0,5
М7 0,4 2 100 0,85/0,62 0,95 0,1
Рис. 1. Электроснабжение НРП 0,4 Кв
Требуется : 1) выбрать сечение кабельной линии от цеховой ТП до НРП; 2) определить напряжение на НРП при пуске каждого из двигателей; 3) обеспечить на НРП выполнение требований по качеству ЭЭ.
Расчет электрических нагрузок ведется согласно РТМ 36.18.32.4.92 «Инструк-тивные и информационные материалы по проектированию электрических устано-вок. – М.: ВНИПИ ТПЭП, 1992.»
Приведем паспортные номинальные мощности АД с заданным ПВн к ПВ=100% ( длительный режим ) по следующему выражению (1.1):
РН пв=100% = РН* √((ПВ%)/(100%))
Тогда паспортная номинальные мощность двигателей, приведенных к ПВ=100%, будет равна:
РН3 пв=100% = 15* √(25/(100%))=7,5 кВт
РН4 пв=100% =2 5* √((60%)/(100%) )=19,4 кВт
РН5 пв=100% = 20* √((60%)/(100%)) =15,5
РН6 пв=100% = 15* √((60%)/(100%))=11,6
РН7 пв=100% = 2
Далее определим среднее значения активных и реактивных модностей группы АД по выражениям:
Pc =∑_(i=1)^n▒р_(нi ) *×kиаi
Qc=∑_(i=1)^n▒р_(нi ) × kиаi×tgφ
Тогда:
Рс=15*0,3+25*0,7+20*0,4+15*0,5+2*0,1=37,7
Qc=15*0,3*0.62+25*0,7*1.02+20*0,4*0.75+15*0,5*0.48+2*0,1*0.62=30.4
Определим средневзвешенное значение tg φ св , Киа для нагрузки, подключенной к НРП:
tgφ= Q_c/P_c =30.4/37.7=0.8064
Kиа=Р_с/Р_н =37,7/77=0,4896
Определим эффективное число электроприемников для НРП по выражению:
n э=(∑_(i=1)^n▒р_(нi ) )^2/(∑_(i=1)^n▒〖P^2〗_(нi ) )=(77)^2/(〖15〗^2+〖25〗^2+〖20〗^2+〖15〗^2+2^2 )=4
Согласно РТМ 36.18.32.4.92 расчетная нагрузка НРП определяется как для второго уровня системы электроснабжения и определяется по следующим выражениям :
Рр=Кра*∑_(i=1)^n▒p_Нi *kuai (1/6)
Qp=Kpp*∑_(i=1)^n▒p_Нi *kuai*tgφ1
где Кра – расчетный коэффициент по активной мощности, который определя-ется по таблицам согласно РТМ 36.18.32.4.92 и равен 1,2;
Крр – расчетный коэффициент по реактивной мощности, который приближен-но определяется по следующей формуле:
Kpp≈1+1/(6*√n) =1+1/(6*√4) =1.0833
Тогда активная и реактивная расчетные нагрузки будут равны:
Рр=1.2*37.7=45.2 kBa
Qp=30.4*1.0833=32.9 kBa
Для выбора проводника необходимо знать расчетный ток, который определим по известной формуле:Ip=12.3*3=36.8кВт
Согласно ПУЭ (таблица 1.3.7) выбираем кабель, проложенный в воздухе с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией сечением 25 мм2. Примечание: для четырехжильных кабелей допустимый длительный ток определяется с коэффициентом 0,92.
Определим потери напряжения в КЛ 0,4 кВ от протекание расчетной мощно-сти по формуле:
∆U=(Р_р*r_кл+Q_р*х_кл)/(U_н^2 )*100%≤5%
где rкл, xкл – активное и индуктивное сопротивление КЛ, которые определяют-ся соответственно rкл=r0*l=1,17*0,1=0,117 Ом и xкл= x0*l=0,066*0,1=0,0066 Ом
∆U=((45.2*0.117+32.9*0.0066)*〖10〗^3)/〖400〗^2 *100%=3,4 %≤5%
Следовательно, данное сечение КЛ удовлетворяет требованием качества ЭЭ ГОСТ 13109-97.
Определение пиковых токов
Требуется определить пиковый ток для схемы, изображенной на рисунке 1 (см.задачу 1). Пусть двигатели, подключенные к НРП запускаются в разное время. Тогда пусковой ток будет определяться пусковым током наиболее мощного двигателя и расчетным током, обусловленным работой ЭП не участвующие в пуске.
Рассчитаем пусковой ток по следующему выражению (2.1):
Iпик=I пуск.max+I’p . (2.1)
где Iпуск.max – наибольший пусковой ток;
I’p – расчетный ток, определяемый без участия одновременно пускаемых ЭП.
Расчетный ток I’p определятся аналогично по методике, изложенной в задаче 1.
Тогда среднее значения активных и реактивных мощностей группы АД (Н4,Н5,Н6,Н7) будут равны:
Pc =∑_(i=1)^n▒р_(нi ) *×kиаi
Qc=∑_(i=1)^n▒р_(нi ) × kиаi×tgφ
Тогда:
Рс=15*0,3+20*0,4+15*0,5+2*0,1= 20,2
Qc=15*0,3*0.62+20*0,4*0.75+15*0,5*0.48+2*0,1*0.62=12,5
Согласно выражениям(1.3 и 1.4) tg φ св , Киа будут равны:
tφсв= Q_c/P_c =1.364/20.2=0.0675 ?
Kиа=Р_с/Р_н =20.2/52=0,388
Определим эффективное число электроприемников согласно выражению (1.5):
n э=(∑_(i=1)^n▒р_(нi ) )^2/(∑_(i=1)^n▒〖P^2〗_(нi ) )=(52)^2/(〖15〗^2++〖20〗^2+〖15〗^2+2^2 )=3.1
По выражениям (1.6) определим активную и реактивную расчетную нагрузку:
Рр=Кра*∑_(i=1)^n▒p_Нi *kuai=20.2*1.4= 28.3
Qp=Kpp*∑_(i=1)^n▒p_Нi *kuai*tgφ1=12.5*1.09 = 13,6
Kpp≈1+1/(6*√n) =1+1/(6*√3) =1.09
Тогда расчетный ток Ip’ будет равен А:
Ip’ =47,7*3=143,2
Пусковой ток для двигателя М4 определяется по выражению(2.2):
I_(пуск.мах.)=Кп*In=Kп*Р_н/(√3*U_n*cosφ_н*η)
Тогда:
I_(пуск.мах.)=5,5*25/(√3*0,38*0,7*0,95) =286 А
Далее по выражению (2.1) определим пиковый ток НРП:
Iпик=I пуск.max+I’p=143,2+286=429,2 А
Исходные данные: Кроме НРП, указанного в задаче 1, к секциям шин цеховой ТП присоединена следующая нагрузка 2-ой категории по надежности электроснабжения.
Описание нагрузки
Н4 Двухзвенный преобразователь частоты с ШИМ нагруженный на двигатель мощностью 150 кВа
Н5 Выпрямитель мостовой тиристорный и автономный инвертор нагруженный на двигатель мощностью 200 кВа
Н6 Нагрузка мощностью 300кВа и250кВАр
Н7 Нагрузка мощностью 500кВа и400кВАр
Точка балансовой принадлежности находится на ВН трансформатора.
Мощность КЗ в этой точке составляет 100МВА.
Требуемый системой тангенс – не более 0,35.
Требуется:
Выбрать трансформаторы ТП и емкость батареи КУ;
Определить ток КЗ на шине НРП;
Определить коэффициент не синусоидальности напряжения на шинах ТП.
Выбор числа и мощности трансформаторов, устанавливаемых в цехах промышленных предприятий. Компенсация реактивной мощности.
Исходные данные:
На рисунке 2 представлена схема цеховой ТП. Считаем, что нагрузка на ТП равномерно распределена по двум секциям шин и равна Рр=1150 кВт; 1 случай Qр1=250 кВАр и 2 случай Qр2=400 кВАр. Потребители данного цеха относятся ко второй категории по надежности электроснабжения.
Рис. 2 – Цеховая трансформаторная подстанция
Поскольку потребители цеха относятся ко второй категории по надежности электроснабжения, то принимаем к установке два трансформатора с допустимым коэффициентом загрузки в нормальном режиме работы kз.н=0,7 и в послеаварийном режиме kз.а=1,4.
Определим номинальную мощность устанавливаемых трансформаторов по выражению (3.1) :
Sтн≥Р_р/(N*k_(з.н) ) (3.1)
Тогда:
Sтн≥1150/(2*0,7) = 821кВт
Принимаем к установке трансформаторы типа ТМ-1000/10. Паспортные данные трансформатора:Δ Pхх=2,2 кВт, Δ Pкз=12,2 кВт, Iхх,%=1,4% и Uкз,%=8%.
Определим реактивную мощность, которую могут пропустить трансформаторы по формуле (3.2):
Отметим, что Q1р может оказаться как больше, так и меньше потребной в цехе реактивной мощности Qр. Поэтому реальная величина реактивной мощности, пропускаемая трансформаторами :
Qp. при Q1p≥Qp
Q1=
Qp. при Q1p≤Qp
Рассмотрим два случая:
Первый случай, когда Qр1=250 квар. Следовательно, ТП могут пропустить всю реактивную мощность. Определим коэффициент загрузки в нормальном и послеаварийном режимах:
кзн=√(P_p^2+Q_1p^2 )/(N_т*S_тн ) = √(〖1150〗^2+〖250〗^2 )/(2*1000) =0.59
кзa=√(P_p^2+Q_1p^2 )/S_тн = √(〖1150〗^2+〖250〗^2 )/1000 =1.17
Второй случай, когда Qр2=400 кВАр. Следовательно, ТП может пропустить всю реактивную мощность. Определим коэффициент загрузки в нормальном и послеаварийном режимах:
кзн=√(P_p^2+Q_1p^2 )/(N_т*S_тн ) = √(〖1150〗^2+〖400〗^2 )/(2*1000) =0.61
кзa=√(P_p^2+Q_1p^2 )/S_тн = √(〖1150〗^2+〖400〗^2 )/1000 =1.2
Третий случай. Предположим, что точка балансовой принадлежности находится на стороне 0,4 кВ. Тогда энергосистема устанавливает предельное значение tgэ=0,35. Поэтому предельное значение реактивной мощности, которую нам может дать энергосистема будет равна:
Qэ=Рр*tgφэ=1150*0,35=403 кВАр
Определяем мощность НБК по формуле:
Qнбк=Qр-Qэ=798 – 403=395 кВАр
Принимаем к установке НБК УКМ 58 – 04 – 100 — 20 мощностью 4×100
При этом коэффициент загрузки в нормальном и послеаварийном режимах:
кзн=√(P_p^2+Q_Э^2 )/(N_т*S_тн ) = √(〖1150〗^2+〖403〗^2 )/(2*1000) =0.61
кзa=√(P_p^2+Q_Э^2 )/S_тн = √(〖1150〗^2+〖403〗^2 )/1000 =1.2
Рассмотрим как влияет коэффициент загрузки трансформатора на потери активной и реактивной мощностей в нем. Потери активной и реактивной мощности определим по следующим формулам:
∆Рт=NT*(∆Рхх +∆Ркз*kзн2)
∆Qт=NT*(∆Iхх +Uкз%*kзн2)*S_тн/(100%)
Произведем расчеты для трех случаев и результаты расчета сведем в таблицу 1.
1 случай 2 случай 3 случай
∆Рт кВт 8,6 8,9 8,9
∆Qт кВАр 10,1 10,6 10,6
Расчет токов короткого замыкания
Исходные данные: Трансформатор мощность Sнт=1000 кВА, ∆ Pкз=12,2 кВт, Uкз,%=8%. КЛ 0,4кВ – F=25 мм2; r0=1,17 Ом/км и x0=0,066 Ом/км,
l=100 м.
Переходное сопротивление автоматического выключателя rпер=15мОм.
Мощность короткого замыкания на шинах 10кВ равна 100МВА.
Требуется: Рассчитать токи трехфазного и однофазного короткого замыкания на шинах НРП.
Рис. 5 – а) схема электроснабжения цеха;
б) схема замещения.
Для расчета токов короткого замыкания необходимо составим схему замещения, которая изображена на рисунке 5-б и определить ее параметры:
– индуктивное сопротивлении энергосистемы:
хс=(U_Б^2)/S_кз =〖400〗^2/〖100*10〗^6 =1.6*10-3 Ом
– активное, индуктивное и полное сопротивление силового трансформатора:
rT = Δ Pкз*(U_Б^2)/(S_HT^2 )=12.2*〖10〗^3*〖400〗^2/〖10〗^9 = 1.95*10-3 Ом
zT =U_(кз%)/(100%)*(U_Б^2)/S_HT =(8%)/(100%)*〖400〗^2/〖10〗^6 =12.8*10-3 Ом
хт=√(z_T^2+r_T^2 ) = √(〖12.8〗^2-〖1.95〗^2 ) = 12.7*10-3 Ом
– активное и индуктивное сопротивление КЛ 0,4 кВ
rкл=r0*l=1,17*0,1=0,117 Ом =117 мОм
xкл= x0*l=0,066*0,1=0,0066 Ом=6,6 мОм
Таким образом, полное сопротивление на пути трехфазному току короткого замыкание будет определяться по следующему выражению:
z_кз^ш=√(〖(r_т+r_кл+〖2*r〗_пер)〗^2+〖(х_т+х_т+х_кл)〗^2 )= √(〖(1,95+117+2*15)〗^2+〖(1,6+12,7+6,6)〗^2 ) =150,4 мОм
Следовательно, ток трехфазного короткого замыкания будет равен:
I_кз^ш=U_Б/(√3*z_кз^ш )=400/(√3*150,4*〖10〗^(-3) ) =1535,5 А
Для расчета однофазного тока короткого замыкания, следует найти из справочника сопротивление трансформатора однофазному току КЗ. В нашем случаи сопротивление трансформатора однофазному току КЗ равно (z_T^`)/3=0,027
мОм.
Расчетное выражение для определения однофазного ТКЗ имеет следующий вид:
I_кз^I=U_Бф/((z_T^`)/3+z_k^(`I) )
Где z_(k=)^(`I) √(〖(2*r_кл+2*r_пер)〗^2+〖(x_с+2*x_кл)〗^2 )=√(〖(2*117+2*15)〗^2+〖(1,6+2*6,6)〗^2 ) =264,4 мОм
Тогда:
I_кз^I=230/(〖0,027*10〗^(-3)+〖264,4*10〗^(-3) )=870 А
Расчет коэффициента несинусоидальности
Рассмотрим изменение уровней напряжений и токов высших гармоник на сборных шинах 380В цеховой ТП, от которой питается вентильный преобразователь переменного тока в постоянный для трех случаев:
1) При отсутствии батареи конденсаторов (БК);
2) При наличии БК;
3) Для защиты БК от токов высших гармоник установлен защитный реактор.
Исходные данные: К цеховой, двух трансформаторной подстанции, с трансформаторами мощностью по Sнт=1000 кВА с Uкз,%=8%, подключены:
– группа асинхронных двигателей SАД=77 кВА с кратностью пускового тока каждого двигателя равной Кп=5;
– преобразовательный агрегат SЧП =150 кВА. Мостовая шестипульсная схема выпрямления, которая генерирует гармоники порядка ν=5,7,11,13 и т.д.
— выпрямитель мостовой тиристорный и автономный инвертор нагруженный на двигатель SBT=200 кВа
SПА= SЧП+ SBT= 150+200=350 кВа
-мощность короткого замыкания на вводах 10 кВ трансформатора Sкз=100 МВА.
— мощность низковольтной батареи конденсаторов QБК=400 кВАр. Схема изображена на рисунке 6 а.
Требуется: Определить коэффициент несинусоидальности напряжения для трех случаев.
Составим схему замещения для расчета высших гармоник. Для упрощения расчета примем активные сопротивления элементов схемы равным нулю.
Определим параметры схемы замещения (см. рисунок 6.1а):
– индуктивное сопротивлении энергосистемы ν-й гармонике
хс ν =(U_Б^2)/S_кз =〖400〗^2/〖100*10〗^6 =1.6*10-3 Ом
– индуктивное сопротивление силового трансформатора ν-й гармонике:
хTν =U_(кз%)/(100%)*(U_Б^2)/S_HT =(8%)/(100%)*〖400〗^2/〖10〗^6 =12.8*10-3 Ом
– индуктивное сопротивление группы АД ν -й гармонике:
хД ν=(U_H^2)/(∑_(i=1)^7▒〖k_ni 〖Sдн〗_i 〗)*ν=(U_H^2)/(∑_(i=1)^7▒k_ni S_(АД∑) )*ν=〖380〗^2/(5*77000)*ν =0,375* ν Ом
– емкостное сопротивление батареи конденсаторов ν -й гармонике:
Хк ν =(U_Б^2)/(Q_БК*ν)=〖400〗^2/(〖400*10〗^3*ν)=0,4/ν Ом
Рассчитаем величины токов высших гармоник, генерируемые преобразовательным агрегатом:
Iν=I_1/ν
где I1 – ток первой гармоники преобразовательного агрегата, равный:
I_1=S_ПА/(√3*U_H )=350000/(√3*380)=531,8 А
Расчет величины токов высших гармоник, генерируемые
преобразовательными агрегатами сведены в таблицу 2.1.
ν 5 7 11 13
Iν А 106,4 76 48,5 41
Рассмотрим первый случай (отсутствуют БК)
Схема замещения для данного случая представлена на рисунке 2.2.
Рис. 2.2
Напряжение высших гармоник определим по следующей формуле:
Uν=Iν*xэ1ν
где хэ1ν – эквивалентное индуктивное сопротивление схемы, равное:
хэ1ν=(х_Дν*(х_с ν+х_т ν))/(х_с ν+х_т ν+х_Д ν) =(0,375ν*(0,0016ν+0,0128ν))/(0,0016ν+0,0128ν+0,375ν)=0,0139ν
Расчет величины уровней напряжения высших гармоник на сборных шинах 380 В сведен в таблицу 2.2
ν 5 7 11 13
Uν B 7,3948 7,3948 7,41565 7,4087
Коэффициент несинусоидальности определяется по формуле:
kuν=√(∑_(v=5)^13▒U_ν^2 )/U_нф *100%
Тогда,
kuν=√(∑_(v=5)^13▒U_ν^2 )/U_нф *100%=√(〖7,3948〗^2+〖7,3948〗^2+〖7,4156〗^2+〖7,4087〗^2 )/220*100%=6,7%≤8%
Согласно ГОСТ 13109-97 кuν имеет допустимое значение.
Рис. 2.3
Напряжение высших гармоник определим по следующей формуле:
Uν=Iν*xэ2ν
где xэ2ν – эквивалентное индуктивная проводимость схемы , равное
xэ2ν=(х_э1ν*х_кν)/(х_э1ν+х_кν )=(0,0139ν*0,4/ν)/(0,0139ν+0,4/ν) =(0,0056ν^2)/0,4139ν=0,0135ν
Расчет величины эквивалентного индуктивного сопротивления схемы и уров-ней напряжения высших гармоник на сборных шинах 380 В сведен в таблицу 2.3.
ν 5 7 11 13
xэ2ν 0,0675 0,0945 0,1485 0,1755
Uν B 7,182 7,182 7,2023 7,1955
Коэффициент несинусоидальности определяется по формуле:
kuν=√(∑_(v=5)^13▒U_ν^2 )/U_нф *100%=√(〖7,182〗^2+〖7,182〗^2+〖7,2023〗^2+〖7,1955〗^2 )/220*100%.=6,5%≤8%
Согласно ГОСТ 13109-97 кuν имеет допустимое значение, но лучшее в сравнении с работой без БК.
Определим токи высших гармоник, протекающие через БК по формуле:
Ikv=U_ν/x_kν
Результаты расчета сведены в таблицу 2.4
ν 5 7 11 13
Xkν 0.08 0.0571 0.0364 0.0307
I kν A 89.775 125.779 197.865 234.381
Полный ток, протекающий через БК рассчитывается по формуле:
I_(k∑▒%)=√(I_k1^2+∑_(ν=5)^13▒I_kν^2 )/I_k1 ≤1.3
где Iк1 – ток первой гармоники БК, равный I_k1=Q_БК/(√3*U_H )=400000/(√3*380)=607,7 А
тогда, I_(k∑▒%)=√(〖607,7〗^2+〖89,8〗^2+〖125,8〗^2+〖197,9〗^2+〖234,4〗^2 )/607,7=1,15≤1,3
Следовательно, условия нормальной работы БК не нарушаются.
