Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Серия основана в 2001 году

В.П. Шеховцов

РАСЧЕТ

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ 
ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации 
в качестве учебного пособия для студентов учреждений 
среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 
13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического 
и электромеханического оборудования (по отраслям)»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

3-е издание, исправленное

Э л е к т р о н  н о 
znanium.com

Москва
2020

ИНФРА-М

УДК 621.31(075.32) 
ББК 31.29-5я723

Ш54

Р е ц е н з е н т ы :

Кузиков С.В., начальник СКТБ ГНЦ РФ ФЭИ;
Симонова Т.Ю., преподаватель высшей категории, заместитель директора по учебновоспитательной работе Московского политехнического колледжа;

Толстошкуров Л.А., преподаватель спецдисциплин Обнинского политехнического 
техникума

Шеховцов В.П.

Ш 54 
Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования : учебное пособие /  В.П. Шеховцов. — 3-е изд., испр. — Москва : 
ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 214 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-00091-666-7 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014901-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107398-8 (ИНФРА-М, online)

В пособии приведены методика выполнения и примеры расчетов практических заданий по дисциплине «Электроснабжение отрасли». Представлено около 30 заданий, что 
позволяет преподавателю выбрать различные варианты для группы студентов, и приведены подробные примеры решения отдельных заданий. Кроме того, в пособии систематизирован и представлен узкоспециальный справочный материал, труднодоступный для 
широкого круга студентов, позволяющий проводить расчеты без использования дополнительной литературы.

Предназначено для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)».

УДК 621.31(075.32) 
ББК 31.29-5я723

ISBN 978-5-00091-666-7 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014901-1 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-107398-8 (ИНФРА-М, online)

© Шеховцов В.П., 2007 
© Шеховцов В.П., 2014, с изменениями 
© ФОРУМ, 2014

Введение

Данное методическое пособие предназначено для студентов и преподавателей по специальности 1806 («Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования») и позволяет решить вопросы курсового проектирования 
по предмету «Электроснабжение объектов» полностью, опираясь на теоретический курс и не 
прибегая к дополнительным источникам.

Пособие включает три основные части:

1. Расчетно-практические занятия (РПЗ) по электроснабжению (ЭСН) объектов.
2. Курсовое проектирование по ЭСН (КП ЭСН) объектов.
3. Задания на курсовое проектирование.

Расчетно-практические занятия представлены в 14 наименованиях, каждое из которых 
включает:

— методику расчета;
— пример расчета;
— индивидуальные задания (30 вариантов).
Справочный материал представлен в Приложении А.
Выполнение РПЗ, объем которых определяется преподавателем, является предварительной стадией подготовки к выполнению КП-ЭСН, являющимся логическим завершением курса «Электроснабжение объектов».

Курсовое проектирование по электроснабжению объектов включает:
— рекомендации по организации выполнения и защиты согласно Госстандарту;
— порядок оформления пояснительной записки (ПЗ) с бланками и форматами необходимых таблиц. Введенная «Таблица критериев оценки» (не нумеруется) выполненного КП позволяет исполнителю предварительно, а преподавателю — окончательно и быстро оценить 
работу по пятибалльной системе;

— таблицу «Критерии оценки хода выполнения КП», позволяющую оценить объем выполненной работы в процентах.

Задания на курсовое проектирование содержат 26 тем индивидуальных заданий на КП- 
ЭСН, каждая из которых включает:

— краткую характеристику объекта проектирования;
— план расположения ЭО объекта;
— перечень и номинальные данные электроприемников (3 базовых варианта).
Приложение А содержит справочный материал по силовым трансформаторам различных

классов напряжений, по наиболее современным аппаратам защиты (серии ВА) и распределительным пунктам (ПР 85), структуру условных обозначений и расчетные зависимости.

Приложения Б, В содержат пример брошюровки КП ЭСН и фрагменты графических изображений, необходимых при выполнении графической части КП ЭСН.

Такой подход к курсовому проектированию по предмету «Электроснабжение объектов» 
отвечает требованиям ЕСКД, ЕСТД и многократно опробирован в Обнинском политехникуме. Повышается уровень оперативности преподавателей и самостоятельности работы студентов.

Область применения. Пособие может быть использовано в образовательных учреждениях среднего профессионального образования на любых отделениях (дневном, вечернем, 
заочном) и при дистанционном обучении не только по специальности 1806, но и по другим 
(в части касающейся).

Введение

Оно позволяет студентам самостоятельно и за короткое время разобраться в решаемых 
вопросах практически без помощи преподавателя.

Преподаватель, варьируя тремя основными вариантами, может обеспечить любое количество индивидуальных заданий на КП ЭСН по темам.

Предусмотрен самоконтроль хода выполнения КП и предварительная самооценка после 
выполнения.

Часть 1

РАСЧЕТНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ 
ПО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЮ ОБЪЕКТОВ

РПЗ-1. Выбор числа и мощности 
трансформаторов связи на электростанции

1.1. Методика расчета

При отсутствии графиков электрической нагрузки для трансформаторов, подключенных к генераторному распределительному устройству (ГРУ), вычисляют мощности трех 
режимов и выбирают наибольшую из них.

Режим 1. При минимальном потреблении нагрузки на генераторном напряжении (Ур, МВ-А):

Jip = <J(Prnm  ■-Р 
-Р  п 
,
МИН 
-t C H '* rp y >) 2 +  (бг«гру -  бмин -  бсн«гру )

где Ри Рсн — активная мощность одного генератора и его собственных нужд, МВт;

Qr, вен — реактивная мощность одного генератора и его собственных нужд, Мвар;
Рмин — активная минимальная нагрузка на генераторном напряжении, МВт; 
вмин — реактивная минимальная нагрузка на генераторном напряжении, Мвар; 
иГру — число генераторов, подключенных к ГРУ.

Режим 2. При максимальном потреблении нагрузки на генераторном напряжении (5гр, МВ-А):

^2р 
-^макс 
-^сн^гру) 
( б г ^ г р у б м а к с  
бен^гру)

где Рмакс — активная максимальная нагрузка на генераторном напряжении, МВт; 
бмакс -— реактивная максимальная нагрузка на генераторном напряжении, Мвар.

Режим 3. При отключении одного генератора и максимальном потреблении нагрузки на 
генераторном напряжении (5зр, МВ-А):

s3p=V6Xpy- ^
-Р п!
х сн'*тру ) "Ч б г^ гр у  
бмакс 
бен^гру)

где п'гру — новое число генераторов, подключенных к ГРУ,

п' — п 
— 1
“ гру 
“тру 
* •

Условие выбора мощности трансформаторов OSV.rpy), подключенных к ГРУ:

бт.гру — О ^^М .р;

где 5м.р — максимальная расчетная мощность, МВ-А. Это мощность одного из рассчитанных 
режимов.

Часть 1. Расчетно-практические занятия по электроснабжению объектов

При блочном подключении генераторов и трансформаторов

5бЛф= х/№"-^н)2+ ( & - а  ,)2.

Условие выбора мощности блочного трансформатора:

*$т.бл — ^ б л .р ,

где 5бл.Р — полная расчетная мощность блочного трансформатора, МВ-А.

Для выбора трансформатора по справочнику нужно знать три величины: полную расчет 
ную мощность, высокое и низкое напряжение.

Высокое напряжение (FBH) ориентировочно определяют из соотношения

К н  =  Рлэп =  ( 1  • • • 1 0 ) Р п е р ,

где Кл,п — напряжение линии электропередачи, кВ;

РПер — активная мощность передаваемая от электростанции в ЛЭП, МВт,

Р пер 
Р р  Пг — Р сНПГ 
Р МНн ,

где пТ — количество генераторов на электростанции.

Из полученного промежутка значений напряжения выбирается класс напряжения, соот 
ветствующий среднему номинальному значению по шкале напряжений:

10,5-21 -3 6 ,7 5 - 115- 158-230-247-525 -  ... кВ.

Полную передаваемую мощность (Snep) без учета потерь определяют по формуле

Qnep ~~ -^пер tg  Фг >

Р
g  
_  
пер

пер 
COS(pr

где cos(pr — коэффициент активной мощности генераторов электростанции.

Полную передаваемую мощность с учетом потерь в трансформаторах (S^3n) определяют как

с

q  
_  *“*пер 
*^лэп 
~Т? 
5
-^"ПОТ

где КПОт — коэффициент потерь в трансформаторе.

Зависимость Кпот = F(cos фг)

COS фг
1
0,9
0,8
0,7
0,6

^Л10Т
1,02
1,06
1,08
1,085
1,09

Приближенно потери в трансформаторах можно определить из соотношений

АРт = 0,025пер; Дет = 0,15пер.

Коэффициент загрузки трансформатора (К3) определяется по формуле

где 
— фактическая нагрузка на трансформаторы, МВ-А;

5Т-— номинальная мощность трансформатора, МВ-А;
п — число трансформаторов, на которое распределена фактическая нагрузка. 
В конце расчетно-практического задания пишется ответ, где указывается:

• 
количество и марка трансформаторов;

• 
значения их коэффициентов загрузки;

• 
полная передаваемая мощность 5Лэп

1.1. РПЗ-1. Выбор числа и мощности трансформаторов связи на электростанции 
7

Пример

Дано:

Тип генератора — ТВФ-63 
Vr= 10,5 кВ 
cos срг = 0,8

Игру 
2  
^бл ~ 1
Лшн = 50 МВт 
Рмакс = 65 МВт 
cos фн = 0,85 
Рен = 10%

Требуется:
• 
составить структурную схему электростанции (ЭС);

• 
рассчитать и выбрать трансформаторы;

• 
определить К3, Smn, Улэп.

Решение:
• 
Составляется структурная схема ЭС и наносятся данные (рис. 1.1.1).

• 
Определяется расчетная мощность трансформатора ГРУ:

н 
— Р
‘гру 
м
■ Рсн Лрру ) + (QPhpy бмин бсн/2гру)
1р
: 7 (63 • 2 -  50 -  6,3 • 2)2 + (47,3 • 2 -  31 -  4,7 • 2)2 = 83,4 МВ-А; 
QT =РГtgфr = 63-0,75 = 47,3 Мвар; 
&шн=-Рмин1ЕФн = 50-0,62 = 31 Мвар;

рсн =0,1РГ =0,1-63 = 6,3 МВт;

Qch = 
tgepr =6,3-0,75 = 4,7 Мвар; 
бмакс = -Рмакс tg Фн = 65 • 0,62 = 40,3 Мвар;

,2 _

'p P p h p y  
P\vdKC 
^сн^гру)” " ^ ( б г ^ г р у б м а к с б е н ^ г р у )

= ^(63-2-65-6,3-2)2 +(47,3-2-40,3-4,7-2)2 = 66 МВ-А;

г—1 = 2 —1 = 1.
77 
=17
' тру 
' *гру

5Зр
Р  
— р  п' 
У  + ( 0  н' 
—О 
— О  п' 
=
макс 
сн' ‘гру ) 
1 Via г' ‘гру 
гамаке 
гаси ‘гру /

= 7(63-65-6,3)2 + (47,3 -  40,3 -  4,7)2 = 8,6 МВ-А.

Примечание. Знак «минус» в первой скобке подкоренного выражения означает, что недостающая мощность потребляется из ЭНС.

SV.rpy > 0,751р -  0,7 • 83,4 = 58,4 МВ-А.

• 
Определяется расчетная мощность блочного трансформатора

■ 5бл.р=7№-?с,)2+ < а -й н )2 =7(63-6,3)2 + (47,3 -4 ,7)2 =79,1 МВ-А;

б’т.бл > ^бл.р = 79,1 МВ-А.

• 
Определяется передаваемая мощность

Рпер= Рг^г — Рсн^г — Р„„и = 63 ■ 3 — 6,3 * 3 — 50 = 120,1 МВт;

Часть 1. Расчетно-практические занятия по электроснабжению объектов

'пер
1 пер
120,1

к,
со5Ц)г -КпоТ 
0,8-1,08 
= F(cos <pr) = F(0,8) = 1,08. 

Определяется напряжение передачи

= 139 МВ-А;

ПОТ
кп(

Vm = Глэп = (1...10)Рпер = (1...10)- 120,1 = 120,1... 1201 кВ.

Согласно шкале напряжение принимается VBH = 220 кВ.
Выбираются трансформаторы согласно таблицам А.1, А.З.

Для ГРУ —

два ТРДЦН 63000-220/10,5

Блочный —

один ТД 80000-220/10,5

VBU = 230 кВ
Гвн = 242 кВ

Г„н =11-11 кВ
Г„„ = 10,5 кВ

АРХХ = 70 кВт
АРхх = 79 кВт

АРКЗ = 265 кВт
АРКЗ = 315 кВт

ик= 11,5 %
ик— 1 1 %

г'хх = 0,5 %
г'хх = 0,45 %

Определяются коэффициенты загрузки трансформаторов

1S 
_ 
•^злру
^ф.гру . 
7 е
•^^т.гру

83,4
2-63

^З.бЛ =_ ^ф.бл _ 79,1

^т.бл
80

= 0,66;

0,99.

Наносятся необходимые данные (£ЛэП, Слэп) на структурную схему.

Ответ: На ЭС выбраны трансформаторы связи ГРУ — 2 х ТРДНЦ 63000-220/10,5; K3spy = 0,66; 
БД—ТДЦ 80000-220/10,5; К,.бл = 0,99; 5ЛЭП = 139 МВ-А.

Структура условного обозначения турбогенераторов

1

Одна или две буквы

2 
:
4

Т или ТГ — турбогенератор 

Одна или две буквы

Тип охлаждения:
В — водородное 
ВВ — водородно-водяное 
ВФ — водородно-форсированное 
ЗВ — трижды водяное (ротор, статор и 
сердечник)

ВМ — водомасляное 
Без буквы — воздушное

Число

Номинальная мощность, МВт 
(для генератора типа ТВФ-120-2 
указана мощность в продолжительно 
допустимом режиме перегрузки)

Количество полюсов

1.1. РПЗ-1. Выбор числа и мощности трансформаторов связи на электростанции
9

Например:

Турбогенератор

Водородно-водяное охлаждение

т
вв
1000
?

Мощность — 1000 МВт

Количество полюсов — 2 шт.

Таблица 1.1.1. Индивидуальные задания для РПЗ-1

Вариант
Г енераторы
Нагрузка ГРУ

тип
К, кВ
COS(pr ^гру ^бл Рен, % РМИНэ МВт Рмакс, МВт
COS фн

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1
Т-6-2
6,3
0,8
4
2
10
5
10
0,9

2
ТВФ-63-2
6,3
0,8
3
2
10
40
80
0,92

3
ТВФ-160-2
18
0,85
3
1
8
300
400
0,85

4
ТВВ-200-2
15,75
0,85
2
1
8
200
300
0,87

5
ТВВ-800-2
24
0,9
2
1
5
800
1200
0,95

6
ТВВ-320-2
20
0,85
3
1
6
300
400
0,93

7
ТВ С-3 2-2
10,5
0,8
4
2
10
10
15
0,94

8
ТВВ-220-2
15,75
0,85
2
1
8
200
300
0,9

9
ТВФ-120-2
10,5
0,8
2
2
9
100
200
0,92

10
Т-6-2
10,5
0,8
5
3
10
8
10
0,93

11
ТВВ-165-2
18
0,85
3
1
8
300
400
0,94

12
ТВФ-63-2
6,3
0,8
4
1
10
30
50
0,95

13
ТВС-32-2
10,5
0,8
4
3
10
40
50
0,96

14
ТВМ-300-2
20
0,85
3
1
6
600
700
0,88

15
ТВФ-100-2
10,5
0,85
5
2
9
300
400
0,87

16
ТВВ-220-2
15,75
0,85
3
1
8
400
500
0,93

17
ТВС-32-2
6,3
0,8
3
1
10
4
6
0,9

18
ТВФ-60-2
10,5
0,8
3
2
10
10
20
0,85

19
ТВВ-165-2
18
0,85
2
1
8
200
300
0,86

20
Т-12-2
6,3
0,8
5
2
10
5
10
0,92

21
ТВВ-320-2
20
0,85
2
1
6
300
400
0,93

22
ТВФ-60-2
10,5
0,8
3
3
10
30
100
0,94

23
ТЗВ-800-2
24
0,9
2
1
5
800
1000
0,95

24
ТГВ-300-2
20
0,85
2
1
6
300
600
0,96

25
ТВФ-60-2
6,3
0,8
2
3
10
40
60
0,95

26
Т-12-2
10,5
0,8
3
3
10
5
10
0,94

27
ТВФ-100-2
10,5
0,85
2
2
9
100
200
0,93

28
ТВФ-120-2
10,5
0,8
4
1
9
100
200
0,92

29
ТВВ-200-2
15,75
0,85
3
1
8
400
500
0,9

30
ТВФ-63-2
10,5
0,8
2
1
10
50
65
0,85

1.2. РПЗ-2. Расчет ЛЭП и выбор 
неизолированных проводов

Методика расчета

Рассчитать линию электропередачи (ЛЭП) — это значит определить:
— сечение провода и сформировать марку;
— потери мощности;
— потери напряжения.

• 
Сечение провода, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии 
(ЭЭ), называют экономическим.
ПУЭ (правила устройства электроустановок) рекомендуют для определения расчетного 
экономического сечения (S3K) метод экономической плотности тока.

с _ 4.Р 
*^эк 
1 >
J эк

где 5ЭК — экономическое сечение провода, мм2;

/м.р — максимальный расчетный ток в линии при нормальном режиме работы, А.
Для трехфазной сети

с

Т 
_  
пер

мр ~~Ш Г"
v *■'т пер

л
у'эк — экономическая плотность тока, А/мм ; принимается на основании опыта эксплуатации.

/эк = F{TM, вид проводника),

где Тм — время использования максимальной нагрузки за год, час.

Проводник — неизолированные провода
I ’m, час

1000...3000
3000...5000
5000...8700

Медные
2,5
2,1
1,8

Алюминиевые
1,3
U
1,0

Полученное расчетное экономическое сечение (5Эк) приводят к ближайшему стандартному значению.

Если получено большое сечение, то берется несколько параллельных проводов (линий) 
стандартного сечения так, чтобы суммарное сечение было близко к расчетному.
• 
Формируется марка провода, указывается допустимый ток.

• 
Оптимальное расстояние передачи (1ЛЭП, км) приближенно определяется из соотношения

4эп=(0,3...1 )Vnep.

• 
Потери мощности в ЛЭП определяются по формулам

Д Р Лэп =

( Snr „ )1

Г 
4 , п  
"1
*^пер

4 э п  > 
^ б л э п  —

‘“■'пер

н 
V
\ч, ^лэпг пер у
n V
^'*лэпг пер у