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

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 3-е издание, исправленное


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)»






znanium.com

Москва ИНФРА-М 2023

          УДК 621.31(075.32)
          ББК 31.29-5я723
               Ш54






                Рецензенты:
                    Кузиков С.В., начальник специального конструкторско-технологического бюро Физико-энергетического института имени А.И. Лейпунского;
                    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.
           Ш54 Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования : учебное пособие / В.П. Шеховцов. — 3-е изд., испр. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 214 с. — (Среднее профессиональное образование).

                   ISBN 978-5-16-018405-0 (print)
                   ISBN 978-5-16-111434-6 (online)

                    В учебном 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, 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 978-5-16-018405-0 (print)
ISBN 978-5-16-111434-6 (online)

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

            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.

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):

*$1р -      —-^мин — ^сн^гру) + (бг^гру — бмин — бсн^гру) >

где Рг, Рсн — активная мощность одного генератора и его собственных нужд, МВт;
   Qr, Qch — реактивная мощность одного генератора и его собственных нужд, Мвар;
   -Рмин — активная минимальная нагрузка на генераторном напряжении, МВт;
   0мин — реактивная минимальная нагрузка на генераторном напряжении, Мвар;
   «гру — число генераторов, подключенных к ГРУ.
   Режим 2. При максимальном потреблении нагрузки на генераторном напряжении (5гР, МВ-А):

$2р ~ '^(■^г^гру —-^макс — -^сн^гру) "^(бг^гру ~~ бмакс — бсн^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):

5₃р — д/(^г^гру — ^макс —-^сн^гру) + (бг^гру ~ бмакс ~~ бен^гру ) ’

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

п' — п — 1 .
"тру '*тру х •

   Условие выбора мощности трансформаторов (ST.ᵣₚy), подключенных к ГРУ:
У.гру —
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

■5₆л.р=Л/;-Лк)²+(&-а.)² ■
   Условие выбора мощности блочного трансформатора:
бт.бл — “^бл.р,
где ббл.р — полная расчетная мощность блочного трансформатора, МВ-А.
   Для выбора трансформатора по справочнику нужно знать три величины: полную расчетную мощность, высокое и низкое напряжение.
   Высокое напряжение (Ивн) ориентировочно определяют из соотношения
Гвн= Клэп = (1...10)РПер,
где Дпэп — напряжение линии электропередачи, кВ;
   ■^пер — активная мощность передаваемая от электростанции в ЛЭП, МВт,
Рпер Рг «г — Рен  Рмин»
где пг — количество генераторов на электростанции.
   Из полученного промежутка значений напряжения выбирается класс напряжения, соответствующий среднему номинальному значению по шкале напряжений:
10,5-21 -36,75- 115- 158-230-247-525 - ... кВ.

   Полную передаваемую мощность (6'пер) без учета потерь определяют по формуле

q ___ х пер
ⁿep⁻C0S(p7

С?пер ^пер 1g Фг>

где cos(pᵣ — коэффициент активной мощности генераторов электростанции.
   Полную передаваемую мощность с учетом потерь в трансформаторах (Улэп) определяют как


.нэп

с мпер

                                                                  ■“■ПОТ


где Кп₀₁: — коэффициент потерь в трансформаторе.


Зависимость КП₀Т = F(cos фг)

COS фг  1   0,9  0,8   0,7  0,6 
К пот  1,02 1,06 1,08 1,085 1,09

   Приближенно потери в трансформаторах можно определить из соотношений АРТ = 0,025пер; A2T = 0,lSₙₑₚ.
   Коэффициент загрузки трансформатора (7Д) определяется по формуле
                                          5.
К =-£-³ nST

где 5ф — фактическая нагрузка на трансформаторы, МВ-А;
   ST-— 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
    Кг = 10,5 кВ
    cos фг = 0,8
    Игру 2
    Ибл ~ 1
    РМин = 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:


G1 G2              G3

Рис. 1.1.1. Структурная схема ЭС

•  Составляется структурная схема ЭС и наносятся данные (рис. 1.1.1).
•  Определяется расчетная мощность трансформатора ГРУ:


^Ip д/(Рр ^гру Руин Рен ^гру) (Sr^rpy (?мин бен ^гру)
= 7(63-2-50-6,3-2)²+(47,3-2-31-4,7-2)² = 83,4 МВ-А;
(?г =7^. Т^фг = 63-0,75 = 47,3 Мвар;
а,ин=-РмиН1ё<Рн =50-0,62 = 31 Мвар;
рсн =0,1Рг =0,1-63 = 6,3 МВт;
бен ⁼-^’cHtg⁽Pr =6,3-0,75 = 4,7 Мвар;
бмакс = Рмакс tg фн = 65 • 0,62 = 40,3 Мвар;
б^р — 7^^г^гру — ^макс ~^сн^гру)” + ((2г^гру — Онаке — Осн^гру ) — = 7(63-2-65-6,3-2)²+(47,3-2-40,3-4,7-2)² = 66 МВ-А; ^у=«гру-1 = ²-1 = 1б'зр - yj(.Pr ^гру ~ Руакс — -^сн ^гру ) + (Or ^гру ~ Омаке — Осн ^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.
б'т.гру > 0,751Р = 0,7 • 83,4 = 58,4 МВ-А.
•  Определяется расчетная мощность блочного трансформатора

s₆„ „ = 7W-e„)’-+(&-a„)² = V(63-6.3)² + (47,3-4,7)² = 79,1 МВ-А;
бт.бл 2: Збл.р - 79,1 МВ-А.

•  Определяется передаваемая мощность

Рпер ~ РгПг - РснИг - Рмин = 63 ■ 3 - 6,3 ■ 3 - 50 = 120,1 МВт;

Часть 1. Расчетно-практические занятия по электроснабжению объектов

120,1

о _ ^пер
лэп ~ ^пот " cos<pᵣ -Кпог “0,8-1,08

пер

= 139 МВ-А;

КП₀Т - F(cos (рг) = F(0,8) = 1,08.

   Определяется напряжение передачи

Гв„ = Глэп = (1...1О)Рпер = (1...1О) • 120,1 = 120,1... 1201 кВ.

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

      Для ГРУ ---             Блочный ---      
два ТРДЦН 63000-220/10,5 один ТД 80000-220/10,5
      Квн = 230 кВ            Гвн = 242 кВ     
     Гнн =11-11 кВ            Кнн= Ю,5 кВ      
     АРХХ = 70 кВт           АГ’хх = 79 кВт    
     АРКЗ = 265 кВт          АРКз = 315 кВт    
      ик = 11,5 %              ик = 11 %       
      /хх = 0,5 %             /хх = 0,45 %     

Определяются коэффициенты загрузки трансформаторов

злру

83^ = 0,66;
²^т.гру 2-63

_ ^ф.бл _ 79,1

збл               80
т.бл

= 0,99.

    Наносятся необходимые данные (ЗЛЭп, Слэп) на структурную схему.

Ответ: На ЭС выбраны трансформаторы связи ГРУ — 2 х ТРДНЦ 63000-220/10,5; А/₃.гру = 0,66;
БЛ—ТДЦ 80000-220/10,5; АДбл = 0,99; Злэп = 139 МВ-А.


    Структура условного обозначения турбогенераторов


1        2 — 3 — 4

Одна или две буквы                      
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:

т вв --- 1000 --- 2

Турбогенератор


Водородно-водяное охлаждение


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 Рси, % Рмин? 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       ТВС-32-2  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 (У,к) метод экономической плотности тока.


С _ М-Р
^ЭК “
                                            Уэк
где 5ЭК — экономическое сечение провода, мм²;
   /м.р — максимальный расчетный ток в линии при нормальном режиме работы, А. Для трехфазной сети

с ^пер

мр Тзг ’ v т пер
  уэк — экономическая плотность тока, А/мм²; принимается на основании опыта эксплуатации.
уэк = F(TM, вид проводника),
где Гм — время использования максимальной нагрузки за год, час.

Проводник --- неизолированные провода              Лм, час                
                                      1000...3000 3000...5000 5000...8700
Медные                                    2,5         2,1         1,8    
Алюминиевые                               1,3         1,1         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 (£лэп, км) приближенно определяется из соотношения
4эп=(0,з...1)Епер.


•  Потери мощности в ЛЭП определяются по формулам

                                   ( S Y
                           А^лэп =             ^лэп; Ай
                                   ч ^лэп V пер

п V ^"лэп' пер у

лэп ’