Введение. Электроснабжение

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Методические указания к практическим занятиям

и лабораторным работам для студентов дневной и заочной форм

обучения специальности 140400

Тверь 2015

Методические указания разработаны в соответствии с государственным образовательным стандартом направления 650900, специальность 140400. Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения.

Методические указания обсуждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры ЭС и Э (протокол №2 от 27 сентября 2015 г.).

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Методические указания к практическим занятиям

для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 140400

Составитель: Енин А.С.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Практические занятия
2. Лабораторные работы
Приложения
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности 140400 всех форм обучения. Они соответствуют рабочим программам и могут быть использованы для проведения практических занятий, выполнения контрольных и лабораторных работ.

Вариант индивидуального задания к практическим занятиям предлагается преподавателем в соответствии с исходными данными к курсовому проекту по дисциплине «Электроснабжение». Все расчёты производятся в цеховой системе электроснабжения (СЭС) напряжением 0,4 кВ.

1. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

При проведении практических занятий студенты решают последовательно восемь задач, объединённых единой тематикой в соответствии со структурой курсового проекта.

Задача №1

Определить нагрузку первого уровня для отдельных электроприёмников (ЭП) – с целью выбора линий электрической сети, связывающих отдельные приемники с узлом нагрузки.

Нагрузка первого уровня определяется по [1,2]:

P_MI = К_З*Р_НОМ ≈ Руст, кВт; Q_MI = P_MI*tg f_НОМ, квар,

где: Руст – установленная мощность потребителя, кВт; Р_НОМ - номинальная мощность ЭП, кВт; tgf_НОМ - номинальный коэффициент реактивной мощности; Кз – коэффициент загрузки ЭД по активной мощности.

Данные о номинальных параметрах электрооборудования принимаются на основании отчёта о производственной практике, которая проводится после четвёртого семестра, или по [3…5]. Результаты решения приводятся в таблице П1.

Задача №2

Определить нагрузку второго уровня для группы электроприёмников, подключённых к одному узлу нагрузки.

Расчетная нагрузка этого уровня определяется по [1,2,6,7]:

Р_МII = К_М*ΣК_Иi*Р_УСТi = Км*ΣРсм, кВт,

Q_МII = К_МQ*ΣК_Иi*Р_УСТi*tgφ_СМi = К_МQ*ΣQ_СМ , квар,

где: К_иi - коэффициент использования отдельного ЭП, входящего в группу (принимается по [1,2]); K_M, K_MQ - коэффициент максимума группы ЭП по активной и реактивной мощности соответственно; Рсм, Q_СМ – среднесменная активная и реактивная мощность группы ЭП, кВт, квар; tgφ_СМi - среднесменный коэффициент реактивной мощности отдельного ЭП [1,2]).

При этом K_M = f(n_Э,К_ИГР),

где: n_Э - эффективное число ЭП в группе; К_ИГР - групповой коэффициент использования за наиболее загруженную смену.

n_Э = (ΣР_УСТi )² / ΣР²_УСТi ,

К_ИГР = (ΣК_Иi*Р_УСТi) / ΣР_УСТi.

Используя значения n_Э и К_ИГР по [1,2] находят Км.

К_МQ = 1 при n_Э > 10 или К_МQ = 1,1 при n_Э ≤ 10.

Результаты решения приводятся в таблице П2.

Задача №3

Определить нагрузку третьего уровня для нескольких РП.

Электрическая нагрузка третьего уровня, т.е. на шинах 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции (ЦТП):

Р_МIII = λ*ΣР_СМi + Кс*Росв, кВт,

Q_MIII = λ*ΣР_СМi *tgφ_{СМ i} + Кс*Росв* tgφ_ОСВ, квар,

S_MIII = √(Р_МIII)² + (Q_MIII)², кВА,

где: λ = 0,7…0,95 - коэффициент избыточности технологического оборудования; Кс = 0,6…0,9 – коэффициент спроса; Росв = Руд*F - мощность осветительной нагрузки, кВт; Руд– удельная нагрузка освещения, принимаемая равной 0,02…0,03 кВт/м²; F – площадь цеха, м².

Задача №4.

Выбрать и проверить проводники электрической сети на первом и втором уровне. Выбор марок проводов и кабелей производится по рекомендациям [1…7].

Сечение проводников в общепромышленных сетях напряжением 0,4 кВ выбирается по длительно допустимому току I_ДД:

I_ДД ≥ I_{РАБ max} = I_Мj,

где I_{РАБ max} - максимальный рабочий ток линии, А; I_Мj - расчётный ток соответствующего уровня, А.

После выбора проводники проверяют по допустимой потере напряжения:

ΔUрасч < ΔUдоп,

ΔUрасч = Σ(√3*I_Мj *R_j *cosφ_j + √3*I_Мj *X_j *sinφ_j) =

= Σ(P_Мj*R_j + Q_Мj*X_j) / U_НОМ, В,

где P_Мj, Q_Мj - расчетная нагрузка соответствующего уровня, Вт, вар; R_j, X_j - активное и реактивное сопротивление участков сети, Ом; U_НОМ - номинальное напряжение, В.

Задача №5.

Выбрать трансформаторы ЦТП. Мощность цехового трансформатора S_номT следует выбирать, исходя из нагрузки третьего уровня, т.е. средней за наиболее нагруженную смену:

где N – количество трансформаторов; Кз – коэффициент загрузки трансформатора, равный 0,65…0,7 для двухтрансформаторных ТП (трансформаторы с масляным охлаждением) или 0,5…0,6 (трансформаторы с воздушным охлаждением); для однотрансформаторных подстанций Кз =0,7…0,8.

Задача №6.

Выбрать мощность устройств компенсации реактивной мощности.

Мощность компенсирующих устройств (КУ):

Q_КУ = Кр*Q_М -Q_Э,

где Q_КУ, Q_М, Q_Э - соответственно реактивные мощности компенсирующего устройства, потребителя и передаваемая энергосистемой, квар; Кр – коэффициент, учитывающий несовпадение по времени максимумов Q_М и Q_Э, допускается принять его значение для контрольного задания 0,7…1.

Q_Э = Р_М * tgφ_Э,

где Р_М = Р_МIII - расчетная нагрузка потребителя, кВт; tgφ_Э- коэффициент реактивной мощности энергосистемы, допускается принять равным 0,25…0,35.

Задача №7.

Уточнение мощности силовых трансформаторов с учётом мощности и места установки компенсирующих устройств.

Определяется мощность трансформаторов ЦТП при полной компенсации реактивной нагрузки на стороне 0,4 кВ:

S_номT ≥ P_MIII / (Кз *N_T).

Выбираются ближайшие по номинальной мощности S_номT трансформаторы.

Мощность компенсирующих устройств на стороне 0,4 кВ (НКУ):

,

,

где Р_МТ, Q_МТ – суммарные расчётные активная и реактивная нагрузки ТП; - расчётный справочный коэффициент [1]; Q_Т – мощность, которую целесообразно передавать через цеховые трансформаторы в сеть 0,4 кВ.

Мощность низковольтных КУ равна:

Q_НБК = Q_НКУ1 + Q_НКУ2.

При Q_НБК1 < 0 или Q_НБК2 < 0 эти значения принимаются равными нулю. При Q_НБК < Q_КУ, оставшаяся часть БК устанавливается на стороне 6…10 кВ.

Если в результате уточняющего расчёта при условии мощность трансформаторов окажется меньше, чем в задаче №6, то трансформаторы выбираются по данным задачи №7.

Задача №8.

Рассчитать токи короткого замыкания (КЗ) в характерных точках электрической сети.

Начальное действующее значение тока однофазного КЗ:

I_K⁽¹⁾ = √3*U_{СР НОМ} / √(2 *R_1∑ + R_0∑)² + (2*X_1∑ + X_0∑)²,

I_K⁽¹⁾ = *U_{СР НОМ} / √(R_Т⁽¹⁾ + 3*R_ФО + R_Д)² + (X_Т⁽¹⁾ + 3*X_ФО)²,

где U_{СР НОМ} - среднее номинальное напряжение, В; R_1∑, X_1∑,R_0∑, X_0∑ - суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой и нулевой последовательности [1,8…10], мОм; R_Д – сопротивление дуги в точке КЗ [1,8…10], мОм.

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ

РАБОТА № 1. Исследование нагрева и износа изоляции проводников

1. Цель работы.

Изучить закономерности нагрева проводников электрическим током и влияния на этот процесс режима нагрузки. Построить защитные характеристики проводников и определить износ изоляции проводников при защите предохранителями и автоматическими выключателями.

2. Основные положения.

При нагреве проводников различают:

θ_жн - длительно допустимый нагрев жил по нормам, ⁰С (50…80⁰ в зависимости от изоляции); θ _дп - кратковременно допустимый нагрев при перегрузках (90…125⁰); θ_жм - максимально допустимое превышение температуры жилы над температурой среды по нормам при токе короткого замыкания - КЗ (125…350⁰); θ _ср.н - температура среды, определяемая нормами (25⁰ при прокладке внутри помещений и 15⁰ при прокладке в земле)

Превышение температуры жил по нормам:

θ _н= θ _жн - θ _ср.н.

Установившееся превышение температуры проводника:

θ _уст= θ _н ∙ (Iнг/Iдд)²,

где Iнг – ток нагрузки, А; Iдд –длительно допустимый ток проводника - справочная величина, А.

Уравнение кривой нагрева (рис.1):

θ _t= θ _уст∙ [1-е ^{-(t / То )} ],

где θ _t - превышение температуры жилы в момент времени t, град.С; θ _уст - установившееся превышение температуры проводника, град С; То- постоянная времени нагрева проводника, равная времени нагрева проводника до установившейся температуры при отсутствии теплоотдачи в окружающую среду, мин.

Установившееся превышение температуры проводника наступает через время t = 3…4 То.

Постоянная времени нагрева То исследуемого проводника определяется графическим методом по построенной экспериментальной кривой θ_t = f (t) при значении θ_t = 0,632∙θ _уст.

Рис.1. Нагрев проводника электрическим током

Расчётная защитная характеристика проводника показывает допустимое время t протекания токов перегрузки и токов КЗ по проводнику при условии обеспечения паспортного срока службы изоляции проводника. При этом температура нагрева проводника не превышает допустимого значения.

Формула расчётной защитной характеристики исследуемого проводника:

t = 2,3∙Tо ∙ln (θ_уст- θ₀) / (θ_уст- θ_t ).

Износ изоляции проводников измеряют в относительных единицах, принимая за единицу износ при нормированной температуре жилы Т_дп. Согласно восмиградусного правила повышение Т_ж на каждые 8 градусов приводит к ускорению износа (старения) изоляции вдвое и относительный износ изоляции за время «t» определяется из выражения:

И=2^{[(Тж.-Тж.н.) / 8]}=2^{[(Тt-Тж.н.) / 8]}

3. Порядок выполнения работы.

Автоматическим выключателем подать напряжение на стенд.

Включить SA1(рис.2) и измерять температуру проводника через каждые 10 секунд до установления θ_уст . По показаниям амперметра А определить силу тока в данном опыте. Показания амперметра А следует умножать на 10.

Отключить SA1.

Через 7…10 минут (температура проводника должна понизиться до температуры окружающей среды) включить SA1 и SA2 и повторить опыт.

В данном алгоритме выполнить всю работу.

Отключить стенд от электропитания.

Полученные данные занести в таблицу П3.

Рис.2. Схема испытательной установки.

В данной лабораторной работе: Т_жн = 55 ⁰ С, I_дд = 60 А.

Предохранитель выбирается по условию:

I < I_пв < I_дд ,

где I_пв - ток плавкой вставки предохранителя, А.

Автоматический выключатель выбирается по условию:

I < I_н.расц < I_дд ,

где I_н.расц - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, А.

4. Содержание отчёта.

4.1. Построить график зависимости температуры нагрева от времени, при разных нагрузках θ_t =f (t).

4.2.Определить постоянную времени нагрева То исследуемого проводника.

4.3. Выбрать номинальный ток плавкой вставки предохранителя и расцепителя автоматического выключателя, для защиты исследуемого проводника.

4.4. Определить относительный износ изоляции исследуемого проводника при разных нагрузках.

РАБОТА №2. Построение и исследование графиков электрических нагрузок

1.Цель работы

Освоить методы регистрации изменения электрических нагрузок во времени, построить и проанализировать график нагрузки.

2.Общие положения

Графики электрических нагрузок характеризуются средней, среднеквадратичной и максимальной нагрузкой. По графику нагрузки можно подсчитать расход электроэнергии за определённый период.

W_см = P_i T_i = P_смT_см,

где T_i – промежуток времени, соответствующий постоянному значению мощности P_i; Т_см – продолжительность смены, ч.

Дата добавления: 2015-07-12