Слайд 1Курсовой проект
по дисциплине «Электроснабжение »
На тему «Электроснабжение сельского населённого
пункта»
Слайд 2Приложение 1
ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет
имени Н.И. Вавилова»
Кафедра «Энергообеспечение предприятий АПК»
Курсовой проект по дисциплине «Электроснабжение»
Тема курсового
проекта:
«Электроснабжение сельского населенного пункта»
Вариант (предпоследняя цифра) Схема (последняя цифра)
Задание на курсовой проект выдал _______ ______
Курсовой проект выполнил _______ ______
Курсовой проект принял _______ ______
Слайд 3Пример задания схема№1 масштаб1:2000
Слайд 4Задание на курсовой проект «Электроснабжение сельского населенного пункта»
Слайд 7Таблица 1 (приложение) – Электрические нагрузки производственных, общественных и коммунально-бытовых
потребителей
Слайд 8Исходные данные для электрического расчета
воздушных линий электропередачи
Слайд 11Исходные данные для проверки сети на запуск асинхронного
короткозамкнутого электродвигателя
Слайд 13Содержание расчетно-пояснительной записки
1.Определение электрических нагрузок сельскохозяйственных потребителей.
2. Определение допустимых потерь
напряжения в линиях 0,38 и 10 кВ.
3. Выбор количества и
мест установки трансформаторных подстанций (ТП)
10/0,4 кВ.
4. Выбор трассы ВЛ-0,38 кВ.
5. Электрический расчет ВЛ-0,38 кВ двух ТП (одной с производственной, другой – с коммунально-бытовой нагрузкой).
5.1 Выбор сечения провода по нагреву рабочим током.
5.2 Проверка провода по допустимой потере напряжения.
5.3 Проверка провода на возможность пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.
6. Выбор типа, принципиальной схемы и мощности двух ТП 10/0,4 кВ.
7. Электрический расчет ВЛ-10 кВ.
7.1 Выбор сечения провода по нагреву рабочим током.
7.2 Проверка провода по допустимой потере напряжения.
8. Краткое описание конструктивного исполнения ВЛ-0,38 и 10 кВ.
9. Расчет токов короткого замыкания в ВЛ-10 и 0,38 кВ.
10. Расчет и выбор аппаратов защиты ВЛ-0,38 кВ и трансформатора 10/0,4 кВ для одной ТП.
11. Выводы.
Слайд 14Состав графической части проекта
Графическая часть проекта состоит из 3 листов
формата А1.
На листе 1 размещается план (схема) населенного пункта
с сетью 0,38 кВ. Для рассчитанных линий должны быть указаны: количество, марка и сечение проводов; потеря напряжения в конце каждой линии; повторное заземление нулевого провода. Повторное заземление выполняется на всех анкерных опорах и на опорах, с которых запитаны животноводческие помещения, а также здания, где возможно большое скопление людей.
На листе 2 приводится одна из трёх принципиальных электрических схем ТП 10/0,4 кВ, показанных на рис. 1.2. Выбирается схема, на которой аппараты защиты ВЛ-0,38 кВ соответствуют приведенным в расчетно-пояснительной записке.
На листе 3 изображается план и общий вид ТП 10/0,4 кВ /7/.
Слайд 15Принципиальные электрические схемы подстанций10/0,4
Слайд 20Фрагмент плана сельского населенного пункта.
Слайд 22. Полная нагрузка рассчитывается по выражению:
Где: P – активная нагрузка,
кВт; Q – реактивная нагрузка, кВАр
Если установленная мощность, указанная в
приложении отличается от приведенной в задании, необходимо ввести коэффициент корректировки равный отношению установленной мощности указанной в задании (Pуст.з.) к установленной мощности приведенной в табл.1 прил. (Pуст.т.) и умножить на него Pд, Qд, Pв, Qв.
Например, в задании приведено зернохранилище с установленной мощностью 25 кВт, в приложении есть зернохранилище с установленной мощностью 60 кВт, следовательно
Pд = 20*0,42=8,4 кВт; Qд = 18*0,42=7,6 кВт
Pв = 10*0,42=4,2 кВт; Qв = 5*0,42= 2,1 кВт
Слайд 23Для жилых домов устанавливается норма нагрузки на одну квартиру. Определение
нагрузки многоквартирного дома начинают с расчета присоединенной мощности. Для этого
надо норму нагрузки (табл. 1 прил.) умножить на количество квартир в доме и умножить на коэффициент одновременности для данного количества квартир (табл. 2 прил.). Вариант с электроплитами или без электроплит студент выбирает самостоятельно.
Чтобы получить Pд и Pв, надо присоединенную мощность умножить на коэффициент участия в дневном и вечернем максимуме (табл. 3 прил.). Чтобы получить Sд и Sв надо разделить Pд и Pв на cos φ (табл. 4 прил.). Например, двухквартирный дом (без электроплит)
Где: Кд и Кв – коэффициенты участия в дневном и вечернем максимуме.
Слайд 24 Определение допустимых потерь напряжения в линиях 0,38 и 10
кВ
Таблица отклонений напряжения
(исходный вариант)
Слайд 25Таблица отклонений напряжения
(окончательный вариант)
Слайд 26Выбор количества, мест установки и мощности подстанций 10/0,4 кВ
В небольших
и средних сельских населенных пунктах с преобладающей коммунально-бытовой нагрузкой устанавливают
одну или две ТП 10/0,4 кВ. Для крупных населенных пунктов число ТП можно приближенно определить по следующим формулам:
для протяженных населенных пунктов, имеющих не более двух улиц и длину, больше двойной ширины села,
где Sр – расчетная мощность населенного пункта, кВА; L – длина населенного пункта, км; ΔUД – допустимая потеря напряжения в сети 0,38 кВ;
для населенных пунктов с другой планировкой
где F – площадь населенного пункта, км2.
Слайд 27Для снижения суммарной длины и сечения провода линий электропередачи ТП
следует располагать по возможности в центре электрических нагрузок. При этом
подстанция должна устанавливаться на участке незатопляемом ливневыми или паводковыми водами, иметь удобный подход линии высшего напряжения, не загораживать проезд транспорту, не создавать помех в нормальной жизни жителей посёлка.
Определение центра электрических нагрузок
Слайд 28Полная мощность и координаты электрических нагрузок.
Слайд 29Координаты центра нагрузок xц и yц определяются по выражениям:
Где: Si
– полная мощность i-ой нагрузки, кВА; xi и yi –
проекции центров нагрузок соответственно на ось x и ось y; ΣSi – сумма полных мощностей всех нагрузок.
Для определения мощности ТП 10/0,4 кВ арифметически суммируются нагрузки на головных участках всех ВЛ-0,38кВ. Полученный результат умножают на коэффициент роста нагрузок кр. Если динамика роста нагрузок не известна, кр принимают равным 1,2. Затем принимают ближайшую большую стандартную мощность подстанции. Стандартные мощности ТП 10/0,4кВ: 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630кВА.
Слайд 30Выбор трассы ВЛ 0,38 кВ
При выборе трассы ВЛ-0,38 кВ необходимо
соблюдать некоторые требования. От ранее выпускавшихся КТП мощностью до 250
кВА без установки дополнительного распределительного пункта могут быть запитаны 3 фидера 0,38 кВ. Современные КТП модульного типа позволяют запитать до 10 фидеров 0,38 кВ. Нагрузки по фидерам должны распределяться по возможности равномерно.
Линия электропередачи не должна возвращаться назад к подстанции. Если трасса ВЛ дважды поворачивает, как это показано на рис..1(а), то потери электроэнергии на участке а-в удваиваются. Внутренний угол поворота ВЛ не должен быть меньше 90°
рис. .1(б). Отпайки от воздушной линии и пересечения её с другими воздушными линиями электропередачи или линиями связи выполняются под прямым углом. У тупиковой КТП 10/0,4 кВ с воздушным вводом, ВЛ-0,38 кВ могут отходить с трех сторон, с четвертой стороны подходит ВЛ-10 кВ. Производственные и бытовые нагрузки следует запитывать от разных подстанций.
Слайд 31Неправильная конфигурация трассы ВЛ-0,38 кВ.
а) возврат ВЛ,
б) острый угол поворота
трассы.
Слайд 32КТП 10/0,4 кВ с питающей и отходящими линиями
Слайд 33. Электрический расчет ВЛ-0,38 кВ
Пример электрического расчета ВЛ-0,38 кВ Возьмём
в качестве примера линию 1 Стенка гололеда 10мм. Составим расчетную
схему Для электрического расчета конфигурация линии не имеет значения, важны только длины участков и величины нагрузок.
Слайд 34Выбор сечения провода по нагреву рабочим током
Нагрузка на участке 2–3
S2-3 = S3 = 2,1кВА, на участке 1–2 S1-2 =
S2 + ΔS3 = 63,0+1,2=64,2кВА. Так как смена сечения на ВЛ 0,38кВ, как правило, не производится, расчет ведем по нагрузке головного участка
По длительно допустимому току выбираем
провод А-16 (Iдоп=105А).
Слайд 35Проверка линии электропередач по допустимой потере напряжения.
По таблице отклонений
напряжения допустимая потеря напряжения в ВЛ-0,38кВ составляет 6,5%. Определяем фактическую
потерю напряжению. Для провода А-35 удельная потеря напряжения
ΔUуд =0,57% /кВА км. Потеря напряжения на участке 1-2
Фактическая потеря напряжения на одном участке уже превосходит допустимую. Принимаем следующий по величине сечения провод А-50 и повторяем расчет
ΔU1-2=0,45*68,3*0,2=6,15%.
ΔU2-3=0,45*2,1*0,15=0,14%.
Потери напряжения в линии 1:
ΔUЛ1= ΔU1-2+ΔU2-3=6,15+0,14=6,29%.
Фактическая потеря напряжения меньше допустимой, принимаем провод А-50.
Итак, фазный провод на линии 1 принимаем А-50, сечение нулевого провода
принимаем равным фазному, фонарный провод – А-35.
Слайд 36Проверка провода на возможность пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.
Для примера
возьмем 2 электродвигателя установленных в ремонтной мастерской. Электродвигатель D1 запускается,
в то время как электродвигатель D2 уже работает. Электродвигатели имеют следующие параметры.
Слайд 37Ремонтная мастерская питается от ТП 1 мощностью 160 кВА по
линии1. Линия выполнена проводом А-50 (r0=0,59 Ом/км; x0=0,35 Ом/км). Длина
линии от подстанции до мастерской l=0,15км.
Проверяем сеть на возможность пуска электродвигателя D1.
Рассчитываем сопротивление силового трансформатора ТП 1
Где ΔPмн – потери мощности в меди трансформатора (потери короткого замыкания), (табл. 9 прил.); Sнт – номинальная мощность трансформатора; zТ – полное сопротивление трансформатора
Слайд 38Сопротивление линии1
Сопротивление сети
Коэффициент мощности двигателя при пуске
Слайд 39Потеря напряжения в электрической сети в относительных единицах
Где Iп –
пусковой ток электродвигателя:
Iп=Iнki=25×7,5=187,5 А;
sinφп =0,9 – синус угла φ при пуске, определяется по значению
cos φ = 0,3
Напряжение на шинах 0,4кВ трансформаторной подстанции 10/0,4кВ до пуска электродвигателя
Uш=Uн+δU=0,4+0=0,4 кВ,
Где δU=0 – регулируемая надбавка трансформатора 10/0,4кВ для удаленного потребителя.
Слайд 40
Напряжение на шинах 0,4кВ трансформаторной подстанции 10/0,4кВ до пуска
электродвигателя в относительных единицах
Напряжение на зажимах электродвигателя при пуске в
относительных единицах
Пусковой момента двигателя с учетом снижения напряжения при пуске
Слайд 41Условие пуска электродвигателя
Условие выполняется
Проверяем сеть на устойчивость работы
асинхронного электродвигателя D2 при пуске соседнего двигателя D1. Максимальный момента
двигателя D2 с учетом снижения напряжения при пуске
Где U2*п – напряжение на зажимах работающего двигателя при пуске соседнего двигателя равно напряжению на зажимах запускаемого двигателя
Слайд 42Условие устойчивой работы двигателя D2
Условие выполняется.
Слайд 43Электрический расчет ВЛ-10 кВ
Расчет сечения проводов линии 10 кВ производится
аналогично расчету линии 0,38 кВ: суммируются нагрузки по участкам, определяется
сечение провода по условиям нагрева, полученное сечение проверяется по условиям механической прочности (табл. 7 прил.) и допустимой потере напряжения. Отличие состоит в том, что при суммировании нагрузок используются таблицы для линий 10 кВ (табл. 12 прил.), а при определении удельной потери напряжения – графики для линии 10 кВ (рис. 2 прил.). Нагрузками служат суммарные нагрузки двух подстанций 10/0,4 кВ ТП 1 и ТП 2, а также заданная в исходных данных нагрузка S1.
Слайд 46Расчет токов короткого замыкания
Для выбора аппаратов управления и защиты необходимо
знать величину токов короткого замыкания. Расчет производим в именованных единицах
исходя из приведенной в задании величины тока короткого замыкания в точке К1. Значения Iк1(3) приведены в задании, для примера возьмем Iк1(3) = 2,2 кА. Элементы схемы могут быть представлены полным сопротивлением или индуктивным сопротивлением x, если активное сопротивление r составляет менее 10% от полного сопротивления.
Слайд 47Схема сети 10/0,38 кВ
Эквивалентная схема сети 10/0,38 кВ
Слайд 48Расчет сопротивления элементов сети
Система
ВЛ-10 кВ
Слайд 49ТП 10/0,4
где Uк% – напряжение короткого замыкания трансформатора (табл.9 прил.);
Uн – номинальное напряжение трансформатора (принимается равным вторичному
напряжению, так
как сопротивление трансформатора используется для расчета
тока к.з. состороны 0,4 кВ);
Sн – номинальная мощность трансформаторной подстанции.
Слайд 51Расчет токов трехфазного короткого замыкания
Точка К2
Точка К3
Сопротивление (Xсист + ZВЛ10)
приводим к напряжению 0,4 кВ, умножив его на квадрат коэффициента
трансформации
Слайд 53Расчет токов двухфазных и однофазных
коротких замыканий
Для расчета параметров защиты
необходимо
рассчитать ток двухфазного короткого замыкания
в точке К2 и ток
однофазного короткого замыкания в
точке К4
Точка К2
Слайд 54Точка К4
где Uф – фазное напряжение сети;
Zт(1) – сопротивление
трансформатора при однофазном замыкании на корпус (табл.10 прил.);
Zп –
сопротивление петли «фаза – нулевой провод»
от подстанции до точки к.з.
Zп= Zуд*l
где Zуд – удельное сопротивление петли «фаза-ноль», (табл.13 прил.); l – расстояние от т.К4 до ТП10/0,4 кВ
Слайд 55Расчет и выбор аппаратов защиты ВЛ-0,38 кВ и трансформатора 10/0,4
кВ
Рассмотрим наиболее часто встречающийся вариант, когда со стороны 10 кВ
установлены плавкие предохранители, а со стороны 0,38 кВ автоматические выключатели.
В качестве примера возьмем мощность ТП 160 кВА, длину линии 0,35км, ток нагрузки на головном участке I1-2 = 64,2А, ток однофазного короткого замыкания в конце линии
Iк4(1) = 217А, ток трехфазного короткого замыкания в месте установки автоматического выключателя (т. К3) Iк3(3) = 3,9 кА, ток трехфазного короткого замыкания в месте установки предохранителей (т. К2) Iк2(3) = 686А.
Слайд 56Выбор автоматического выключателя
Uна ≥ 380 В
Номинальный ток теплового расцепителя
Iнт ≥ КнIрн ≥ 1,2*97,7 ≥ 117 А,
где
Кн – коэффициент учитывающий характер нагрузки электродвигателей, если условия работы электродвигателей неизвестны, Кн принимается равным 1,2; Iрн – ток нагрузки, равен току на головном участке линии 1 (Iрн = I1-2)
Слайд 57•Номинальный ток электромагнитного расцепителя
Iнэ ≥ Iрн ≥ 97,7 А.
Проверяем
по устойчивости к отключению
максимальных токов короткого замыкания в месте
установки автомата
Iпр отк ≥ Iк3(3) ≥ 3,9 А
По таблице 14 прил. выбираем автомат ВА 88-35,
имеющий следующие
характеристики: Uна =400 В, Iнт = 125 А,
Iнэ = 125 А, Iпр отк = 25 кА.
Все условия соблюдаются
Слайд 58Выбор плавких предохранителей 10 кВ
Uнп = 10 кВ
По предельному отключаемому
току
Iпо ≥ Iк2(3) ≥ 0,686 кА
Согласование
по условиям селективности
По условиям селективности время перегорания
плавкой вставки должно соответствовать условию
tв ≥ (tсз + Δt)/ kп ≥ (0,02 +0,3)/0,9 ≥ 0,36с.,
Слайд 59где tв – время перегорания плавкой вставки предохранителя при к.з.
на стороне 0,4 кВ;
tсз – полное время срабатывания защиты
со стороны 0,4 кВ (для электромагнитных расцепителей автоматов tсз = 0,02 с.);
Δt – минимальная ступень селективности (при согласовании плавкой вставки с автоматом Δt=0,3 с.);
kп = 0,9 – коэффициент приведения каталожного времени плавления плавкой вставки к времени её разогрева.
Для определения tв надо рассчитать ток на шинах 0,4 кВ (т. К3) приведённый к напряжению 10 кВ, то есть определить какой ток будет протекать по шинам 10 кВ при к.з. на шинах 0,4 кВ.
Слайд 60где Iк3(3) – ток трехфазного короткого замыкания в т. К3;
К = 10/0,4 = 25 – коэффициент трансформации трансформатора 10/0,4
кВ.
По время-токовым характеристикам (рис.3 прил.) определяем время горения плавкой вставки при токе к.з. равным 156 А.
tв = 0,45 с. > 0,36 с.
Условие выполняется.
Слайд 61Проверка по условию термической стойкости трансформатора к токам короткого замыкания
tв
≤ tк ≤ 5 с.,
где tк = 900/к2 – допустимое
по условию термической
стойкости время протекания тока к.з. в
трансформаторе;
к = I∞/Iтн – отношение установившегося тока короткого замыкания к номинальному току трансформатора на стороне 10кВ, в данном случае
I∞ = Iк3/ = 156 А.
Определяем номинальный ток для трансформатора
мощностью 160 кВА
Слайд 62тогда к = 156/9,25 = 16,9;
tк = 900/16,92 = 900/285,6 =
3,15 с.
0,4
Слайд 64Таблица 1 – Электрические нагрузки производственных,
общественных и коммунально-бытовых потребителей
Слайд 65Таблица 2 – Коэффициент одновременности в сетях
напряжения 0,38 кВ
Слайд 66Таблица 3 – Коэффициенты дневного и вечернего максимума
Слайд 67Таблица 4 – Коэффициенты мощности сельскохозяйственных
потребителей и трансформаторных
пунктов
напряжением 10/0,38 кВ
Слайд 68Таблица 5 – Суммирование нагрузок в сетях
напряжения 0,38 кВ
Слайд 69Таблица 6 – Допустимый длительный ток
для неизолированных проводов
Слайд 70ΔUуд, %/(кВА×км)
Рисунок 1 –Удельные потери напряжения (ΔUуд) для
ВЛ-0,38
кВ с алюминиевыми проводами
Слайд 71Таблица 7 – Минимальное допустимое сечение проводов ВЛ
по условиям
механической прочности
Слайд 72Таблица 8 – Удельное сопротивление проводов ВЛ
Слайд 73Таблица 9 – Основные технические данные трехфазных
двухобмоточных силовых трансформаторов
10 (6)/0,4 кВ
Слайд 74Таблица 10 – Расчетные сопротивления трансформаторов
10/0,4
кВ
Слайд 75Таблица 11 – Значение угла φ, sin φ и tgφ
для данного cos φ
Слайд 76Таблица 12 – Суммирование нагрузок в сетях напряжения 6…35 кВ
Слайд 78Рисунок 2 –Удельные потери напряжения (ΔUуд) в ВЛ-10 кВ с
проводами марок А, АС, Ан.
ΔUуд, %/(кВА×км)
Слайд 79Таблица 13 – Полное удельное сопротивление петли фазный-нулевой провод воздушной
четырех проводной линии с неизолированными проводами, Ом/км
Слайд 80Таблица 14 – Технические характеристики автоматических выключателей
серии ВА88
Слайд 81Таблица 15 – Номинальные токи плавких вставок предохранителей
рекомендуемые для
защиты трансформаторов 10/0,4 кВ
Слайд 82Таблица 16 – Технические данные предохранителей напряжением 10 кВ
Слайд 83Время-токовая характеристика автомата ВА-88
Слайд 84Рисунок 3 – Время-токовые характеристики предохранителей ПКТ-10