Метод поэлементного расчета

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

«КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Институт энергосбережения и энергоменеджмента

Кафедра электроснабжения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «Системы электроснабжения»

Вариант № 10

Руководитель курсового проекта: Выполнила:

студентка Пецкова О.О.

Попов В.А. (фамилия, инициалы)

(фамилия, инициалы) ___________________________

Работа защищена с оценкой:(подпись, дата)

_ гр. ОН-81

(оценка, подпись руководителя)

«___»_____________2011 г. Зачетная книжка № ОН-81-12

Киев - 2011

Содержание:

I. Введение ………………………………………………………….………. 3

II. Часть 1 ………………………………………………………….………… .4

1. Условия заданий …………………………………………………... 5

2. Схема ………..………………………………………………….…. .7

3. Задание 1 …………………...…………………………………….... 8

4. Задание 2 …………………………..…………………………….. .11

5. Задание 3 ………………………………..……………………….. .14

6. Задание 4 …………………………..……………………………... 22

7. Задание 5 …..……………………………………………………....25

8. Задание 6……………………………………………………………26

9. Задания 7 …....………………………………….…………………. 28

10. Задания 8…………………………………………………………....29

III. Часть 2 …………………………………………………………………. ...31

1. Условия заданий ……………………….………………………. …32

2. Схема ..……………………………………………………………. .33

3. Задание 1. Метод поэлементного расчета.........………………… 35

4. Задание 2.Метод средних нагрузок………..………………… …38

IV. Выводы ………………………………………………………………….. .42

V. Список использованной литературы ………………………………… ...43

Введение

Курсовой проект выполнен следующим образом:

1. Объем работы: 43 стр. формата А4;

2. Количество рисунков: 6 шт.;

3. Количество таблиц: 13 шт.;

4. Библиография: 4 наименования.

Курсовой проект состоит из двух частей: в первой части ведется расчет нагрузок и определение параметров элементов в СЭС; во второй части ведется расчет годовых потерь и построение закона регулирования на ЦП.

ЧАСТЬ 1

Задание

Определить расчетные нагрузки и выбрать параметры элементов системы электроснабжения, представленной на Рис.1. Указанные расчеты включают в себя следующие этапы:

1. Определить расчетную нагрузку силовых пунктов СП 1, СП 2, щита освещения ЩО, а также на шинах НН трансформатора цеховой трансформаторной подстанции ТП 1.

От силового пункта СП 1 получают питание:

n₁ вытяжных вентиляторов мощностью Р_н1 кВт,

n₂ конвейеров мощностью Р_н2 кВт,

n₃ водонагревателей мощностью Р_н3 кВт,

n₄ полировальных станков мощностью Р_н4 кВт,

n₅ шлифовальных станков мощностью Р_н5 кВт,

n₆ шлифовальных станков мощностью Р_н6 кВт.

От силового пункта СП 2 получают питание:

n₅ шлифовальных станков мощностью Р_н5 кВт,

n₆ шлифовальных станков мощностью Р_н6 кВт,

n₇ фрезерных станков мощностью Р_н7 кВт,

n₈ фрезерных станков мощностью Р_н8 кВт,

n₉ механических прессов мощностью Р_н9 кВт,

n₁₀ токарных станков мощностью Р_н10 кВт.

Удельная осветительная нагрузка цеха площадью F м² составляет p_уд кВт/м². Исходные данные для расчета приведены в Таблице Д1.

2. Найти расчетную нагрузку на вводах зданий A, B, C, D, а также на шинах НН трансформаторной подстанции ТП 5. Данные для расчета приведены в Таблице Д2.

3. Выбрать сечение линий низкого напряжения, питающих здания A, B, C, D. Допустимая потеря напряжения составляет 5%. Длины участков сети l (м) приведены в таблице Д3.

4. Определить сечение линий Л1 и Л2 распределительной сети 10 кВ. Нагрузки S_ТП (кВА) для ТП2 - ТП4 приведены в Таблице Д5.

5. Определить ожидаемую величину недоотпущенной электроэнергии в воздушной линии Л3. Параметры надежности: удельная повреждаемость линии (отказ/год на км линии), среднее время восстановления электроснабжения (час), среднее время локализации повреждения (час), а также нагрузки узлов S₁ - S₁₅ (кВА) и длины участков l (км) приведены в Таблицах Д6, Д7.

6. Определить уровень снижения ожидаемой величины недоотпущенной электроэнергии после установки в линии Л3 разъединителей на участках, указанных в Таблице Д8.

7. Определить расчетную нагрузку на шинах п/ст 110/10 кВ, учитывая нагрузку линий Л1, Л2, Л3, а также присоединенную нагрузку. Значение присоединенных S_I и S_II (мВА) наведены в Таблице Д9.

8. Проверить возможность использования на п/ст. трансформатора мощностью S_трн < S_max, если суммарная нагрузка трансформатора изменяется на протяжении суток в соответствии с графиком, представленным в относительных единицах. Длительность каждой ординаты 2 часа.

Задание 1.

Начальные данные:

n1			Рн1, кВт			F, м2
n2		Рн2, кВт		pуд, кВт/м2	0,02
n3		Рн3, кВт
n4		Рн4, кВт
n5		Рн5, кВт	4,5
n6		Рн6, кВт	6,5
n7		Рн7, кВт	8,5
n8		Рн8, кВт	2,4
n9		Рн9, кВт
n10		Рн10, кВт

По начальным данным проводим расчет электрических нагрузок .

№	ЭП	Рн	Ки	cos / tg	Средн. нагр.	n	nэ	Kp	Расч. нагр.
Рн		Рср	Qср	Рр	Qp	Sp
СП1
	Вытяж. вент			0,2	0,8/0,75	4,0	3,0
	Конвейер			0,4	0,7/1,02	12,0	12,2
	Водонагрев.			0,8	0,92/0,42	12,8	5,4
	Полир. стан.			0,15	0,5/1,73	4,5	7,8
	Шлиф. стан.	4,5		0,25	0,5/1,73	18,0	31,1
	Шлиф. стан.	6,5		0,25	0,5/1,73	16,3	28,1
СП1			0,29		67,55	87,65				67,6	87,65	110,7
СП2
	Шлиф. стан.	4,5		0,25	0,5/1,73		31,14
	Шлиф. стан.	6,5		0,25	0,5/1,73	16,25	28,11
	Фрез. стан.	8,5		0,3	0,7/1,02	30,6	31,21
	Фрез. стан.	2,4	19,2	0,3	0,7/1,02	5,76	5,88
	Мех. пресс			0,2	0,85/0,62	15,6	9,67
	Токарн. стан			0,25	0,6/1,33		39,90
СП2		456,2	0,255		116,2	145,9				116,2	145,9	186,5
силовых ЭП		689,2	0,267		183,8	233,6			0,68	124,96	158,8	202,1
ЩО											76,9	205,0
Итого НН ТП										315,0	235,7	393,4

В качестве начальных данных имеем единичную мощность ЭП и их количество. Со справочной таблицы 1 «Характеристики промышленного электрооборудования» находим их коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cos .

Примечание: я допустила, что водо- и воздухонагреватель имеют идентичные показатели Ки и cos .

tg высчитывается с помощью тригонометрической формулы

Алгоритм расчета:

1) Находим общую номинальную мощность всех ЭП, [кВт]:

2) Определяем среднюю активную нагрузку группы ЭП, [кВт]:

3) Определяем среднюю реактивную нагрузку группы ЭП, [кВАр]:

4) Подсчитываем суммарное количество ЭП для каждого силового пункта, сумму их номинальных, [кВт], средних активных, [кВт], и реактивных, [кВАр], мощностей:

5) Вычисляем коэффициент использования для всего силового пункта:

6) Находим эффективное число ЭП. Если отношение , тогда можно утверждать, что . Но для обоих СП это неравенство не выполняется, поэтому определяем n_э по формуле:

7) С помощью справочных таблиц 2 и 3, имея значения группового коэффициента использования и эффективное число ЭП, определяем К_р для обоих СП и их суммы с помощью интерполяции.

8) Находим расчетную активную нагрузку, [кВт]:

9) Определяем расчетную реактивную нагрузку, [кВАр]. Так как эффективное количество ЭП больше десяти, то:

10) Находим полную расчетную мощности всего СП, [кВА]:

Такой алгоритм имеет место при расчете суммарной мощности силовых потребителей.

Для определения осветительной нагрузки (ЩО) используем метод удельной плотности нагрузки. Коэффициент спроса составляет 0,95, коэффициент мощности cos .= 0,92 (tg = 0,426)

Итого, имея активную и реактивную расчетную нагрузку для обоих силовых пунктов и щита освещения, есть возможность рассчитать нагрузку на шинах НН трансформатора цеховой трансформаторной подстанции:

Задание 2.

Найти расчетную нагрузку на вводах в здания.

А) Школа 1000 учеников с пищеблоком.

B) Отель на 400 мест.

C) ж/д, 16 эт., 2 секц., 128 кв., эл. плиты.

D) ж/д, 9 эт., 4 секц., 216 кв., газ. плиты.

Общая формула для расчета мощностей жилых домов:

где: - активная расчетная мощность квартир, [кBт],

- активная расчетная мощность силовых установок, [кВт],

- удельная активная мощность одной квартиры, [кВт/квартиру]. Параметр зависит от количества квартир в доме и от типа и мощности приборов пищеприготовления. Находится в справочной таблице 5 «Удельные расчетные электрические нагрузки жилищ 1го и 2го видов»

- количество квартир в доме.

- коэффициент спроса лифтовых установок, зависит от этажности дома и количества лифтов. Находится из справочной таблицы 7 «Коэффициенты спроса для лифтовых установок».

- количество лифтов в здании. Принято, что при количестве этажей до 5ти - лифты отсутствуют, при этажности 5-16 этажей - по одному пассажирскому лифту на секцию мощностью 6,5 кВт, при 16+ этажей - один пассажирский лифт 6,5 кВт, и один грузовой 9,5 кВт.

- мощность лифтовых установок, [кВт].

- коэффициент реактивной мощности, ищется по справочной таблице 8 «Расчетные коэффициенты мощности»

Уточнение. Для расчетов я приняла, что мощность электроплит не более 8,5кВт.

С)

D)

Для административно-общественных зданий формула расчета мощностей:

,

но в этом случае удельная мощность не зависит от N.

Значения и находятся из справочной таблицы 6 «Ориентировочные удельные расчетные электрические нагрузки домов и сооружений (помещений) общественного предназначения»

А)

В)

Для определения нагрузки на шинах НН ТП5 используют формулу:

где - наибольшая рассчитанная активная мощность среди всех потребителей, [кВт],

- реактивная мощность потребителя с наибольшей активной мощностью, [кВАр]

- коэффициент совмещения максимумов нагрузки между потребителем с наибольшей активной мощностью и потребителем с мощностью . Этот показатель находится из справочной таблицы 11 «Коэффициенты участия в максимуме нагрузки».

Находим расчетную нагрузку на шинах НН трансформаторов ТП5:

Задание 3.

Определение сечений линий низкого напряжения, питающих здания.

Имеем следующую схему подключения потребителей к ТП5:

Как видно, каждое здание запитывается от двух трансформаторов. Это значит что от каждого трансформатора питается 50% ЭП в нормальном режиме, и 100% ЭП в послеаварийном режиме.

Значит, для выбора сечения по допустимому току в нормальном режиме необходимо разделить потребителей «надвое». Итого, имеем следующих «полупотребителей»:

А) Школа 500 учеников с пищеблоком.

B) Отель на 200 мест.

C) ж/д, 16 эт., 1 секц., 64 кв., эл. плиты.

D) ж/д, 9 эт., 2 секц., 108 кв., газ. плиты.

Уточнения аналогичны уточнениям в задании 2.

Строгого удвоения нагрузки не будет, так как удельные мощности двух домов с, например, 100 квартирами, не будут равны удельной мощности дома с 200 квартирами при прочих равных условиях.

А)

B)

C)

D)

Расчет токовых нагрузок на участках (для каждой из 2х линий):

где - расчетные мощности потребителя, [кВт] и [кВАр] соответственно,

U - значение напряжения, [кВ].

Согласно варианту задания, длины линий составляют:

Выбираем сечения линий по формуле:

где - удельное сопротивление материала кабеля, [ ]

- номинальное напряжение, [В]

- допустимая потеря напряжения, [%]

Прокладываем кабели с медными жилами,

Кабели четырехжильные, рассчитанные на напряжение до 1 кВ.

Проверка по условию и по величине потерь напряжения:

где - коэффициент, учитывающий среднегодовую температуру грунта. В расчетах не использую так как нет данных о температуре.

- коэффициент, учитывающий количество проложенных параллельно кабелей. Для одного кабеля в траншее

В нормальном режиме допустимый уровень потерь напряжения составляет 5%.

Итого:

Для участка ТП-А:

Поэтому выбираем кабель большего сечения, а именно (4х50), Проверка по новому сечению:

Условие допустимой потери напряжения в нормальном режиме:

Потеря напряжения в нормальном режиме определяется как:

для кабеля с медными жилами сечением 50 мм²

Выбранное сечение подходит.

Для участка ТП-В:

Поэтому выбираем кабель большего сечения, а именно (4х50),

Проверка по новому сечению:

для кабеля с медными жилами сечением 50 мм²

Выбранное сечение подходит.

Для участка ТП-С:

Поэтому выбираем кабель большего сечения, а именно (4х70),

для кабеля с медными жилами сечением 70 мм²

Условия соблюдены.

Для участка ТП-D:

Поэтому выбираем кабель большего сечения, а именно (4х50),

для кабеля с медными жилами сечением 50 мм²

Выбранный кабель (4х50) соответствует условию.

Проверка по послеаварийному режиму и по величине потерь напряжения:

Если рассматривать самый тяжелый случай п/а режима, то согласно ему, оставшийся в работе трансформатор будет питать 100% всех ЭП, подключенных к нему, то есть, будет питать полные мощности потребителей А, В, С и D.

Мощности этих потребителей были рассчитаны в Задании 2:

А)

B)

C)

D)

Расчет токовых нагрузок на участках (для оставшейся в работе одной питающей линии от ТП к ЭП):

Условие допустимости выбранного сечения:

Для участка ТП-А:

Прокладываем в траншее параллельно 2 кабеля (4х50), , на расстоянии 100 мм между ними ( )

Собственно, потеря напряжения в п/а режиме определяется как:

Так, как , то

Для участка ТП-В:

Прокладываем кабель (4х95),

Для участка ТП-С:

Прокладываем в траншее параллельно 2 кабеля (4х50), , на расстоянии 100 мм между ними ( )

Для участка ТП-D:

Прокладываем кабель (4х95),

При расчетах все условия выбора сечений соблюдены, поэтому можно утверждать, что сечения для питания потребителей следующие (все кабели предназначены для прокладывания в земле, с медными жилами):

A) 2 параллельно проложенных кабеля (4х50) на расстоянии 100 мм;

B) кабель (4х95);

C) 2 параллельно проложенных кабеля (4х50) на расстоянии 100 мм;

D) кабель (4х95).

Задание 4.

Определение сечения распределительных линий 10 кВ.

Имеем следующую схему присоединения ТП к линии:

При даной схеме подключения, в нормальном режиме работает только 1 тр-р от каждой из линий. В п/а режиме (при выходе из строя одной из распределительных линий), вся нагрузка приходиться на оставшуюся в работе линию.

Согласно условию:

, кВА
, кВА
, кВА

(по результатам задания 1) составляет 393,4 кВА.

(по результатам задания 3) составляет кВА.

- по условию задачи

Тогда активная мощность:

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

Реактивная мощность:

кВар

кВар

кВар

кВар

кВар

Расчёт мощности на головном участке по формуле:

где - коэффициент совмещения максимумов нагрузок трансформаторов в зависимости от их количества (таблица 9).

Принимаем, что у нас коммунально-промышленные зоны (65% и больше нагрузки промышленных и общественных зданий и до 35% нагрузки жилых зданий). Для 5ти тр-ров , для 10ти .

В нормальном режиме:

кВА

Токовая нагрузка

Выберем трехжильный алюминиевый кабель на 10 кВ, прокладываемый в земле, сечением 35 мм² ( ).

Условие выполняется.

В послеаварийном режиме:

При расчете нагрузки на головном участке (все ТП от 1й линии) нагрузки удваиваются, кроме нагрузки на ТП 5.

кВА

Токовая нагрузка

Условие допустимости выбранного сечения в п/а режиме:

Так как и принимаем равными единице, то:

Ближайшее большее сечение 50 мм² ( ). Кабель алюминиевый, трехжильный на 10 кВ, прокладываемый в земле.

Итог: для прокладывания в земле кабельных линий 10 кВ Л1 и Л2 был выбран трехжильный алюминиевый кабель напряжением 10 кВ с сечением 50мм².

Задание 5.

Определение ожидаемой величины недоотпущенной электроэнергии в воздушной линии Л3.

Резерв

Схема ВЛ:

Р2

Р3

Р5

Р6

Р7

Р9

Р10

Р12

Р13

Р14

РП

Данные для расчета:

l1-2, км	0,8	l8-9, км	1,3		Р2, кВт			, 1/км	0,15
l2-3, км	0,3	l9-10, км	0,5	Р3, кВт
l3-4, км	0,6	l8-11, км	1,5	Р5, кВт		, час
l4-5, км	0,1	l11-12, км	0,3	Р6, кВт		час
l5-6, км	0,3	l12-13, км	1,2	Р7, кВт
l4-7, км	0,9	l11-14, км	1,4	Р9, кВт		Разъединители:
l7-8, км	0,9				Р10, кВт		3-4
					Р12, кВт		8-11
				Р13, кВт
				Р14, кВт		<----- Резерв

Общая формула для определения ожидаемой величины недоотпущенной ЭЭ:

где - показатель удельных повреждений, [повреждений в год на 1 км линии];

- мощность i-того потребителя, [кВт];

- время восстановления электроснабжения для i-того потребителя при повреждении линии на участке длиной , [час].

Задание 6.

Задача решается с помощью структурно-логической матрицы.

Структурно-логическая матрица для случая с наличием резерва и коммутационных аппаратов: