Электроснабжение аэропортов

Курсовая работа

Электроснабжение аэропортов

ВВЕДЕНИЕ

Электрификация основных производственных процессов в настоящее время столь высокого уровня, что даже кратковременное прекращение подачи электроэнергии серьезно влияет на выход готовой продукции, существенно снижает производительность труда и может привести к большим материальным потерям. Не является исключением и аэрофлот. Во всех службах аэрофлота основным видом энергии является электрическая энергия. Поэтому отключение электропитания практически парализует деятельность этого сложного производственного объединения. Нарушение электроснабжения АТБ, складов ГСМ, аэровокзала и других производственных узлов приведет к прекращению подготовки авиатехники к полетам задержкам рейсов и нарушении регулярности полетов. Обесточивания КДП и других объектов посадки УВД приводит к резкому уменьшению производительной способности аэропортов, может повлечь за собой его закрытие, а при неблагоприятном стечении обстоятельств является причиной летного происшествия и даже катастрофы, поэтому к надежности электроснабжения аэропорта предъявляется повышенное требование, которые необходимо выполнять. Следовательно, рационально построение схемы электроснабжения аэропорта имеет серьезное значение. Целью данного курсового проекта является разработка наиболее выгодной и надежной системы электроснабжения и ее расчет.

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Класс аэропорта 4

Длина ВПП 1.2км.

Варианты: - Основной 14

- А 15

- В 16

Номинальное напряжение сети 6 кВ

Номинальное напряжение кабеля 10 кВ

График нагрузки 6

Размещение потребителей в АП:

Таблица 1

№	Наименование объекта	Х, км	Y, км	Кол-во
1.	Аэровокзал	0,9	0,25
2.	Посадочный павильон	1,0	0,25
3.	МНО	-	-	6
4.	АТБ	-0,9	0,3
5.	Стояночные колонки	-	-	2
6.	Ангары	-0,1	0,3	1
7.	Материальные склады	0,4	0,4	3
8.	Склады ГСМ	0,5	0,5
9.	Котельная	0,7	0,7
10.	Штаб	-0,6	0,7
11.	Столовая	-0,6	0,6
12.	Гостиница	0,5	0,7	1
13.	Автобаза	-0,3	0,7
14.	Водопровод	1,1	-0,8
15.	Канализация	1,3	1,1
16.	Подстанция I	1,0	2,0
17.	Подстанция II	-	-
18.	Точки прохождения ЛЭП	-	-	-

Мощность S_б, МВА 300. Сверхпереходное сопротивление Х_сґґ 0.35

Питающие линии выполнены проводами марки АС.

U₁, кВ 110

l₁, км 40

F₁, ммІ 185

U₂, кВ 35

І₂, км 25

F₂, ммІ 120

Отклонение напряжения на шинах питающей подстанции в зависимости от нагрузки в процентах

при I_max +7%

при I_min +2%

Категория почвы 3

Минимальный cosц 0.95 (задает энергосистема)

Относительная нагрузка 0,55 (приведенная в таблице 2)

Колебания нагрузки

I_max/I_min

2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ АЭРОПОРТА

Выбранная высоковольтная сеть отвечает всем требованиям надежности (рисунок 1). К источникам 1-й категории подводится два независимых источника (для источников 1-й категории особой группы подводится питание от 3-го источника - дизель генератора). Для аэропорта кабели всегда прокладывают в земле. Для данного проекта выбираем кабель с алюминиевыми жилами, так как он дешевле, чем с медными жилами. Выбираем кабель марки АСБ с бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой оболочке.



Рисунок 1 - Схема сети 6 кВ

Аэропорт питают две воздушные линии 110 и 35 кВ. Они подходят к питающей подстанции ТП1 (ЦИП). В качестве ЦРП принята ТП4, так как она находится в центре всей нагрузки аэропорта. ЦРП обеспечивает высококачественный контроль работы всей распределительной сети аэропорта. Большинство потребителей питаются по петлевой схеме, которая обеспечивает высокую надежность питания и является предельно простой.

ТП12, ТП13 питаются по одной линии, вторым источником питания для них является дизель-генератор.

Дизель генераторы также необходимо устанавливать на ТП3, ТП4, ТП6, так как они питают потребителей особой группы.

Питание ГРМ и КРМ происходит по низковольтным линиям от ТП3 и ТП6 соответственно. Хотя это и объекты особой группы, в третьем источнике нет необходимости, так как надежность двух низковольтных линий очень высокая. Категорийность объектов выбирается исходя из значимости для нормальной работы аэропорта.

Электроприемники, от работы, которых зависит безопасность полетов, относятся к приемникам особой группы. В нашем проекте согласно нормам технологического проектирования и рекомендациям ИКАО, следующие электроприемники относятся к особой группе, со следующими допустимыми перерывами в питании.

ГРМ, КРМ 0 1-15с.

КДП 1с. 1с.

БПРМ 1с. 15с.

Приемники первой категории - допустимый перерыв питания 15с. Приемники второй категории - допускается перерыв на время ручного переключения.

Вопрос о питании столовой был выяснен в технико-экономическом сравнении. Оказалось, что питание по низковольтной линии от ТП10 более выгодно, чем строить свою подстанцию.

Выбор защитных устройств для линий и ТП не производим, так как это не предусмотрено в задании к данному курсовому проекту.

3 РАСЧЕТ ПРИСОЕДИНЕННОЙ НАГРУЗКИ

Расчет присоединенной нагрузки каждого объекта ведется следующим образом. Для осветительных сетей умножаем осветительную мощность Р_у на коэффициент нагрузки К_н и коэффициент спроса К_с. Получаем активную присоединенную мощность осветительной сети данного объекта (потребителя) Р_пр. Для силовых сетей Р_пр получаем аналогично. Реактивную присоединенную нагрузку получаем умножением Р_пр на tgц, определяемый из заданного cosц. Затем находим суммарное активное и реактивные присоединенные мощности.

Рассмотрим расчет мощности на примере объекта «Аэровокзал».

Осветительная нагрузка

Р_пр=К_н·К_с·Р_у ; Р_у=600 кВт, К_с=0.8, К_н=0.2

Р_пр=600·0.8·0.2=96 кВт

Силовая нагрузка

Р_пр=К_н·К_с·Р_у; Q_пр=Р_пр·tgц

Р_у=1200 кВт, К_с=0.65, К_н=0.2, cosц=0,75, tgц=0,88

Р_пр=1200·0,65·0,2=156 кВт

Q_пр=156·0,88=137.28 квар

УР_пр=252 кВт

У Q_пр=137 квар

Аналогично рассчитываем мощности других потребителей и сводим их в таблицу 2.

Таблица 2

Наименование объекта	Осв. нагр cosц=1	Силовая нагрузка	Кн	Рпр, кВт	Qпр, квар	S, кВА
	Ру	Кс	Ру	Кс	cosц	tgц
Аэровокзал	600	0,8	1200	0,65	0,75	0,88	0,2	252	137	287
Посад. павильон	300	0,75	600	0,75	0,7	1,02	0,4	270	184	327
МНО	40	0,9	-	-	-	-	0,3	11	-	-
АТБ	400	0,75	850	0,7	0,72	0,96	0,3	269	171	319
Стоян. колонка	-	-	30	0,9	0,65	1,17	0,5	14	16	21
Ангары	150	0,9	600	0,6	0,75	0,88	0,6	297	190	353
Мат. склад (1сд.)	40	0,8	40	0,5	0,7	1,02	0,6	31	12	34
ГСМ	100	0,8	600	0,6	0,75	0,88	0,5	220	158	271
Котельная	80	0,8	1500	0,8	0,72	0,96	0,4	506	461	684
Штаб	170	0,9	50	0,6	0,8	0,75	0,4	73	9	74
Автобаза	140	0,8	840	0,65	0,8	0,75	0,5	329	205	388
Водопровод	20	0,6	350	0,7	0,75	0,88	0,4	103	86	134
Канализация	8	0,6	140	0,7	0,75	0,88	0,2	21	17	27
Светосигнальная система	8	0,5	260	0,83	0,8	0,75	0,2	44	32	55
БПРМ	4	0,8	60	0,82	0,8	0,75	0,5	26	18	32
ДПРМ	3	0,75	40	0,77	0,8	0,75	0,7	23	16	28
РСБН	-	-	84	0,65	0,8	0,75	0,8	38	28	47
КРМ	-	-	12	1	0,8	0,75	2,5	30	23	38
ГРМ	-	-	12	1	0,8	0,75	2,5	30	23	38
СДП	2,5	0,6	45	0,87	0,8	0,75	0,5	20	15	25
АРП	-	-	13,3	1	0,8	0,75	0,25	3	2	4
ОРЛ-Т	3	0,65	180	0,67	0,8	0,75	0,4	49	36	61
ПРЛ	-	-	32	0,85	0,85	0,62	0,8	22	13	26
КДП	25	0,9	270	0,65	0,85	0,62	0,3	59	33	68
МРЛ	-	-	35	1	0,8	0,75	0,5	18	13	22
Столовая (300 мест)	300*0,9	0,8	-	-	0,97	0,2	0,44	86	17	88
Гостиница (800 м.) нагр. распред. по руководству	800*0,12	1	-	-	0,9	0,48	0,3	29	14	32

К_с=0,8 (Приложение 3); Удельная расчетная нагрузка 0.9 кВт

Р_пр=К_н·К_с·Р_у =0,8·0,4·270=86,4 кВт осветительная нагрузка

Р_пр=К_н·К_с·Р_у силовая нагрузка

Q_пр=Р_пр·tgц силовая нагрузка Q_пр=86,4·0,2=17,28 квар

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Если P_l ‹ 20 кВт·км, то его рационально (объект) питать от более мощной подстанции.

Если P_l › 100 кВт·км, то на объекте нужно ставить ТП.

Если 20 ‹ P_l ‹ 100 кВт·км, то нужно делать технико-экономический расчет

При расчете сетей стараются такие технико-экономические решения, которые можно заложить в самом начале технического проектирования и таким образом сразу получить наиболее экономическое решение.

Составим сравнение двух вариантов схем электроснабжения, чтобы узнать какой из них экономически выгоден, установить ТП непосредственно у объекта «столовая» и тянуть высоковольтную линию, либо подводить питание к столовой от ближайшей ТП по низковольтному кабелю.



Вариант 1 - Высоковольтная сеть. Электрический расчет

Расчет сечений высоковольтной сети ведется по экономической плотности тока

F_эк=I/J_эк, где J_эк - определяется в зависимости от материала и конструкции, использование максимальной нагрузки Т_max=3000 ч., кабель с бумажной изоляцией, A_l, J_эк=1,6 А/ммІ

F_эк=7,75/1,6=4,84 ммІ

Ближайшее стандартное значение F_ст=10 ммІ, I_дд=60 А

Находим потери напряжения

Это составляет 0,25% ‹ ДU_доп=6%. Рассмотрим ПАР

I_пар=7,75·2=15,5 А

Как видим I_пар ‹ I_дд. Следовательно, кабель сечением 10 ммІ подходит.

Экономический расчет.

В случае сооружения ТП на объекте «столовая», согласно приложению 8 затраты составляют 11500 грн. Затраты на сооружение высоковольтной кабельной линии: стоимость кабеля 21400 грн./км (АСБ), стоимость строительных работ 530 грн./км.

(21400+530)·0,32·2=1710 грн.

Учитывая требуемые нормативы ежегодных отчислений приведенных в приложении 4 и Е_н=12% определяем по формуле ежегодные расчетные затраты за счет капитальных вложений:

З=Е_н·К+И=(Е_н+Е_а+Е_о)·К+С_э

Е_н=12% - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Е_а=2% - для отчислений на амортизацию

Е_о=2% - для отчислений на обслуживание

С_э - стоимость годовых потерь электроэнергии

З_вл=(0,12+0,094)·41,15+(0,12+0,043)·1,71=2,74 тыс. грн.

Для завершения экономического расчета необходимо еще определить стоимость ежегодных потерь в кабелях. По высоковольтному кабелю в нормальном режиме протекает ток 8 А. Потери в высоковольтном кабеле за 1 год (ф=3000ч.) составляет:

А_вл=3IІrdф=3·64·3,5·0,32·3000=571 кВт/ч

Стоимость потерь электроэнергии:

С_э=(571/0,8)·1,2=8 грн.

Вариант 2 - Низковольтная сеть. Электрический расчет

Расчет сечений низковольтной сети ведется по минимуму массы проводов и проверяется по допустимой потере напряжения.

Найдем ток в рабочем режиме:

Принимаем ДU_доп=4,5%=17,1В

Рассчитаем потерю напряжения на индуктивном сопротивлении линии:

Определяем допустимою потерю напряжения на активном сопротивлении линии:

ДU_адоп= ДU_доп-ДU_х=17,1-0,85=16,25В

сA_l=35 Ом·ммІ/км

Определяем сечение



Стандартное ближайшее значение

F_ст=150 ммІ I_дд=305 А

Как видим

I_дд › I_р

Проверим по потери напряжения:

Это составляет 4,2% ‹ ДU_доп=4,5%. Рассмотрим ПАР:

I_дд › I_пар сечение подходит. Проверим по потере напряжения:

Это составляет 7,7% ‹ ДU_доп=4,5+5=9,5%

Экономический расчет. Как показал электрический расчет по низковольтной стороне, необходимо тянуть один 4-х жильный кабель на 320 м сечением 150 ммІ. При таком варианте стоимость кабеля с прокладкой составит

(5,07+0,53)·0,32=1,792 тыс. грн.

Также при варианте низковольтной сети необходимо поставить на объекте распределительный щит, общей стоимостью 1,35 тыс. грн. Учтем также, что при присоединении дополнительной мощности к ближайшей ТП, придется увеличивать мощность трансформаторов в этой ТП с 2х160 кВА на 2х250 кВА. Ввиду этого потребуется еще 2000 грн. на сооружение более мощной ТП.

Таким образом, приведенные расчетные затраты составляют:

Знл=4,4·0,214+1,722·0,163=1,233 тыс. грн.

По низковольтному кабелю протекает ток 134 А. Потери в низковольтном кабеле за один год составляет (ф=2000 ч.):

ДА_нл=3·I·R₀·l·ф=3·17956·0,21·0,32·2000=7240 кВт/ч

Стоимость потерь электроэнергии:

Теперь можно произвести сравнение приведенных годовых народнохозяйственных затрат по обеим вариантам. Нетрудно заметить, что в случае сооружения ТП, расчетные затраты составляют 2,74 тыс. грн., в то время как при прокладке низковольтного кабеля они не превышают 1,233 тыс. грн. Низковольтный вариант экономичнее на 1,51 тыс. грн. По этому ему не обходимо отдать предпочтение.

5 РАСЧЕТ НАГРУЗОК И ВЫБОР МОЩНОСТИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Нагрузку ТП определяют по формуле:

?Р_i - присоединенная активная суммарная мощность всех ЭП, питающихся от данной ТП.

?Q_i - присоединенная суммарная реактивная мощность.

Для потребителей первой категории рекомендуется устанавливать 2 трансформатора на ТП. Одно-трансформаторные подстанции встречаются у потребителей второй категории.

При выборе мощности трансформатора необходимо проверить его перегрузочную способность. Для этого определяют максимальную нагрузку по графику суточной нагрузки:

Рисунок 2

1. Для одно-трансформаторных подстанций выбирать трансформатор с номинальной мощностью больше S_нг.max/1,5 и рассчитать двухступенчатый график нагрузки, период ночной нагрузки S_нг ‹ S_ном и период перегрузки S_нг›S_ном

Рассмотрим пример расчета одно-трансформаторной подстанции для ТП13 (ДПРМ):

S_нг.max=28 кВА

Выбираем трансформатор с номинальной мощностью

S_ном.тр › S_нг.max/1,5=28/1,5=19 кВА ‹ S_тр =25кВА

Берем ТМ-25. Для первого периода следует определить усредненный коэффициент нагрузки К₁=0,68.

где t_i - время, для которого справедливо неравенство Sнг i < Sном * К_2'=1,1198

где t_i - время, для которого справедливо неравенство Sнг i > Sном *0.9S_нгmax/S_ном=1,01< К_2' =1,12

К_гр= К_2'=1,12

t₂=h₂=?h_i=4

K_з=S_нгmax/nS_{ном тр}=1,12

Средняя температура окружающей среды зимняя для Симферополя -1,8єС, учитывая установку трансформаторов внутри подстанции (то есть в помещении), среднюю температуру (зимнюю) увеличиваем на 10єС, и она будет 8,2єС. Берем и_охл=10єС.

К_{2 табл}=1,4 › К_{2 расч}=1,12

Значит, трансформатор ТМ-25 выдержит запланированные систематические перегрузки.

Аналогичным образом производим расчет остальных одно-трансформаторных подстанций. Результаты, полученные в ходе вычислений заносим в таблицу 3.

Таблица 3

№,ТП	Объект, питаемый от ТП	Sнг max	Кол-во тр-ов	Тип тр-ра	Кз	К1	t2	К2'	К2табл
1.	ЦИП	3634	2	1
2.	РСБН-У	47	1	ТМ-40	0,59	0,72	4	1,18	1,6
3.	ОПР-Л	64	2	ТМ-63	0,51	0,62	4	1,02	1,6
4.	КДП	68	2	ТМ-63	0,54	0,66	4	1,08	1,6
5.	Водопровод	161	2	ТМ-160	0,5	0,62	4	1,01	1,6
6.	УКВ-пеленг	146	2	ТМ-100	0,73	0,75	11	1,23	1,4
7.	Посад. пав-н	679	2	ТМ-630	0,54	0,66	4	1,08	1,6
8.	Котельная	716	2	ТМ-630	0,57	0,69	4	1,14	1,6
9.	Склад ГСМ	428	2	ТМ-400	0,54	0,66	4	1,08	1,6
10.	Автобаза	550	2	ТМ-400	0,69	0,79	6	1,3	1,5
11.	Ангар	715	2	ТМ-630	0,57	0,69	4	1,14	1,6
12.	БПРМ	32	1	ТМ-25	1,28	0,704	6	1,22	1,29
13.	ДПРМ	28	1	ТМ-25	1,12	0,61	4	1,12	1,41

2. Рассмотрим пример для двух трансформаторных подстанций, для ТП2 (РСБН-У).

S_нг.max=47 кВА

Для двух трансформаторных подстанций мощность трансформатора должна быть

S_тр ? S_нг.max/2=47/2=23,5 кВА

Выбираем трансформаторы ТМ-25. Для двух трансформаторных подстанций, как правило, более тяжелыми является послеаварийный режим, когда вся нагрузка приходится на один трансформатор.

Расчет ведется по суточному графику нагрузки (рисунок 2) и рассчитывается К₁, К₂, t₂.

S_ном= S_тр/ S_{нг max}=25/47=0,523

Коэффициент нагрузки: К₁=0,851

Коэффициент перегрузки: К_2'=1,47

Так как расчетное значение:

К_2'=0,9 S_{нг max}/ S_ном=0,9 4,7/25=1,692,

то принимаем: К_гр=1,692, t2=12,08, К_2табл=1,4

К_2расч › К_2табл=1,4 К_з=47/(2 25)=0,94

Трансформатор ТМ-25 не выдержит систематических перегрузок, берем ТМ-40.

S_ном=40/47=0,851

Коэффициент нагрузки: К₁=0,851

Коэффициент перегрузки: К_2'=1,47

0,9 S_{нг max}/ S_ном=0,9 47/40=1,06

К_2расч =1,18 t₂=h₂=?h_i=4

К_2табл =1,6 К_з=47/(2 40)=0,59

К_2табл ›К_2расч

Трансформатор ТМ-40 выдержит систематические перегрузки.

Аналогичным образом производим расчет остальных двух трансформаторных подстанций. Полученные результаты заносим в табл. 3.

6 ВЫБОР ПИТАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

При выборе питающих трансформаторов необходимо учесть, что наиболее тяжелым для них является ПАР, когда вся нагрузка приходится на один трансформатор. Следовательно, выбор питающих трансформаторов производим по ПАР.

S_нг.max=3634 кВА

К_отн.нг=0,55

S_нг= S_нг.max/К_отн.нг=3634/0,55=6607 кВА

Ориентировочная мощность:

S_тр?S_нг/2·К_з.мах=6607/2·0,8=2643 кВА

Для ЦИП выбираем трансформаторы:

ТМН-6,3: ВН=115 кВ; НН=6,3 кВ; Р_хх=13 кВт; Р_кз=50 кВт; I_хх=1%; U_к=10,5%;

ТМН-6,3: ВН=53 кВ; НН=6,3 кВ; Р_хх=9,4 кВт; Р_кз=46,5 кВт; I_хх=0,9%; U_к=7,5%;

7 РАСЧЕТ ПОТЕРЬ НАПРЯЖЕНИЯ И МОЩНОСТИ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Так как трансформаторы имеют значительное внутреннее сопротивление, то имеем потери напряжения в трансформаторе. Потери напряжения наиболее удобно определять в относительных величинах.

ДU_т*=R_т**P_нг*+Х_т**Q_нг*

R_т* - активное относительное сопротивление тр-ра: R_т*=P_r/S_ном

Х_т*- относительное индуктивное сопротивление тр-ра

P_нг* и Q_нг*- относительные активная и реактивная нагрузки:

P_нг*= P_нг/S_ном.тр Q_нг*= Q_нг/S_ном.тр

Трансформаторы являются потребителями реактивной мощности:

S_нг*=S_нг.мах/S_ном

Потери активной мощности:

ДP=P₀+P_k*S_нг*І

Рассмотрим пример расчета для ТП2:

Р_к=0,88 кВт; Р₀=0,17 кВт; U_к=4,5%; I_хх=3%;

S=47 кВА

Находим.

R_т=0,88/40=0,022

Х_т*=0,039

P_нг*=38/40=0,95; Q_нг*=28/40=0,7; ДU_т*=0,022 · 0,95+0,39 · 0,7=0,0482

ДU_т=4,8%=18 В

Р=0,17+0,88*0,3481=0,48 кВт*2=0,96 кВт

Аналогично рассчитываем потери напряжения и мощности для остальных трансформаторов и заполняем таблицу 4.

Таблица 4

	Кол-во трансформаторов	Тип трансформатора	U, кВт U, B U, %
2. 38+j28 3. 52+j36 4. 59+j33 5. 124+j103 6. 117+j87 7. 580+j337 8. 535+j475	2	ТМ-40	0.88 0.17 4.5 3.0 0.59 0.96 3.7 9 2.4 1.28 0.24 4.5 2.8 0.51 1.15 5 7.5 1.9 1.28 0.24 4.5 2.8 0.54 1.22 5.18 7.5 19 2.65 0.52 4.5 2.4 0.5 2.36 11.28 7.5 1.9 1.97 0.33 4.5 2.6 0.73 2.76 10 11 2.8 7.6 1.42 5.5 2.0 7.6 1.42 5.5 2.0 0.54 0.57 7.24 7.78 45.4 47.72 7.2 9.5 2 2.5
	2	ТМ-63
	2	ТМ-63
	2	ТМ-160
	2	ТМ-100
	2	ТМ-630
	2	ТМ-630
9. 357+j226 10. 488+j231 11. 602+j377 12. 26+j18	2	ТМ-400	5.5 5.5 7.6 0.6 0.6 0.92 2.92 1.42 0.13 0.13 4.5 4.5 5.5 4.5 4.5 2.3 2.3 2.0 3.2 3.2 0.54 0.69 0.57 1.28 1.12 5.05 7.08 7.78 1.11 0.88 28.9 35.54 74.72 2.64 2.21 7 8 8.5 20 18 1.84 2.1 2.2 5.23 4.64
	2	ТМ-400
	2	ТМ-630
	1	ТМ-25
13. 23+j16	1	ТМ-25

ДU для двух трансформаторных подстанций следует разделить на 2.

Вывод: ДР и ДQ можно усреднить: ДР=3,78 кВт, ДQ=20,4 квар. И в дальнейшем не усложнять себе работу лишними расчетами.

ДU в двух трансформаторных подстанциях составляет в среднем 2,2%, а у одно-трансформаторных подстанций ДU=4,9%

2,2%<4,9%

То есть потери в одно-трансформаторных подстанциях почти в 2,2 раза больше чем у двух трансформаторных подстанций. Это происходит по тому, что двух трансформаторные подстанции работают в нагруженном режиме.

8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИСОЕДИНЕННОЙ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Присоединенная нагрузка определяется с учетом количества электрических приемников питаемых от ТП, плюс потери в трансформаторе.

Пример расчета для ТП2 (РСБН-У): мощность электроприемников:

S_нгмах=47 кВА

Потери:

Р=38 кВт Q=28 квар

ДР=0,96 кВт ДQ=3,7 квар

Мощность нагрузки:

?Р=Р+ДР=38+0,96=38,96кВт

?Q=Q+ДQ=28+3,7=31,7квар

Р+jQ=38.96+j31,7,

так как на ТП2 2 трансформатора, то вся нагрузка приходится на 2 линии. Составим таблицу 5 с учетом потерь.

Таблица 5

№ ТП	Кол-во тр-ов	Полная нагрузка	Нагрузка на одну линию
2.	2	38,96+j31,7	19,48+j15,85
3.	2	53,15+j41	26,58+j20,5
4.	2	60,22+j38,18	30,11+j19,09
5.	2	126,36+j114,28	63,18+j57,14
6.	2	119,76+j97	59,88+j48,5
7.	2	587,27+j382,4	293,64+j191,2
8.	2	542,78+j522,72	271,39+j261,36
9.	2	362,05+j254,9	181,03+j127,45
10.	2	495,08+j266,54	247,54+j133,27
11.	2	609,78+j424,72	304,89+j212,36
12.	1	27,11+j20,64	27,11+j20,64
13.	1	23,88+j18,21	23,88+j18,21

9 РАСЧЕТ ПОТОКА МОЩНОСТИ ПО УЧАСТКАМ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ

S_л1=(1279+j824)кВА S_л8=248+j134

S_л2=1240+j792 S_л9=1768+j1390

S_л3=278+j153 S_л10=1642+j1276

S_л4=248+j134 S_л11=1522+j1179

S_л5=909+j598 S_л12=935+j797

S_л6=51+j39 S_л13=392+j274

S_л7=24+j18 S_л14=30+j19

1, 2...- номера точек при расчете токов короткого замыкания на ЭВМ - коэффициенты схемы (КС).

10 РАСЧЕТ СЕЧЕНИЙ КАБЕЛЕЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ АЭРОПОРТА В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ

Сечение проводов высоковольтной линии электропередачи, рекомендуется выбирать по экономической плотности тока, т.е. такой плотности при которой расчетные затраты получаются минимальными.

В ПУЭ для определения экономического сечения проводов линии рекомендуется пользоваться формулой:

F_эк=I_max/ J_эк

I_max - максимальная нагрузка при нормальной работе сети.

J_эк - экономическая плотность тока А/ммІ, берется в зависимости от материала, конструкции кабеля и Т_н (число часов использования максимально активной нагрузки).

Пример расчета сечения кабеля на участке 1 (линия 1). Суммарная мощность:

?S=1279+j824=1521кВА, Код=0,8

Найдем рабочий ток:

I_1p=117 A

Так как кабель алюминиевый с бумажной изоляцией (пропитанной) принимаем:

J_эк=1,6А/ммІ (Тм=3000 часов)

Находим сечение:

F_эк= I_max/ J_эк=117/1,6=73ммІ

Стандартное ближайшее значение

F_ст=70ммІ с I_дд=190 А.

Как видим, кабель проходит по току. Составляем таблицу 6 значений остальных сечений сети для рабочего режима:

Таблица 6

№, лин	Мощность на участке	Мощность на участке х Код	l, км	Ro, Ом/км	Хо, Ом/км	Код	Iраб, А	Fрасщ, ммІ	Fст, ммІ	Iдд, А
1.	1279+j824	1023+j659	1,68	0,44	0,086	0,8	117	73	70	190
2.	1240+j792	1091+j697	0,66	0,44	0,086	0,81	115	78	70	190
3.	278+j153	278+j153	0,57	1,94	0,113	-	31	19	16	80
4.	248+j134	248+j134	0,54	1,94	0,113	-	27	17	16	80
5.	909+j598	818+j538	0,76	0,62	0,09	0,9	94	59	50	155
6.	51+j39	51+j39	0,72	3,1	0,112	-	6	4	10	60
7.	24+j18	24+j18	4	3,1	0,112	-	3	2	10	60
8.	248+j134	248+j134	0,81	1,94	0,113	-	27	17	16	80
9.	1768+j1390	1503+j1182	1,21	0,26	0,081	0,81	175	115	120	260
10.	1642+j1276	1478+j1148	1,01	0,26	0,081	0,92	164	113	120	260
11.	1522+j1179	1370+j1061	0,75	0,33	0,083	0,95	157	104	95	225
12.	935+j797	842+j717	0,54	0,44	0,086	0,9	106	66	70	190
13.	392+j274	392+j274	0,29	1,24	0,099	-	46	29	25	105
14.	30+j19	30+j19	0,56	3,1	0,122	-	3	2	10	60

Проверим данную сеть на потери напряжения. В сети 6 кВ они должны быть ДU=(6-8)%. Потери напряжения находим по формуле

ДU=(?Р_лі*R_лі*li+? Q_лі*X_лі*l_i)/U

Расчет ведется по наиболее удаленной точке сети и с учетом Код. Самой удаленной точкой линии является ТП13 U=342 В.

Это составляет 5,7% и удовлетворяет условию ДU_доп=6%

11 РАСЧЕТ НИЗКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ

Этот расчет ведется по допустимой потере напряжения и по минимуму массы проводов. Требования ГОСТ 13109-76 можно удовлетворить, если потери напряжения в отдельных элементах сети не будет превышать некоторых допустимых значений.

Петлевая сеть: (штаб, столовая)

Л2 в рабочем режиме не участвует. Примем

ДUдоп = 4,5% = 17,1В.

Потеря напряжения на индуктивном сопротивлении линии:

ДUх1=(Хо?Q*l)/U=(0,06*9*0,3)/0,38=0,43 В

ДUх2=(0,06*16*0,1)/0,38=0,25 В

ДUх3=(0,06*16*0,32)/0,38=0,81 В

Допустимые потери на активном сопротивлении линии:

ДUа доп1= ДUдоп-ДUх=17,1-0,43=16,67 В

ДUа доп2=17,1-0,25=16,85 В

ДUа доп3=17,1-0,81=16,29 В

F1=(с*?li*Pi)/(ДUа доп.* ДUн)=121 ммІ; F2=47 ммІ; F3=155 ммІ

F1ст=120 ммІ; F2ст=50 ммІ; F3ст=150 ммІ

Iдд=270 А > Ip=111 A

Iдд=165 А

Iдд=305 А > Ip=133 A

Проверим по ДU

ДU1=15 В Это составляет 4,1% < ДUдоп =4.5%

ДU3=16 В Это составляет 4,2% < ДUдоп =4.5%

Проверим ПАР:

I1пар=244 А < Iдд проходит

I2пар=133 А < Iдд проходит

Проверим потерю напряжения:

ДU=48,7 В

Это составляет 10,9% > 4,5%+5%=9,5%

Увеличиваем Л1: Fст=150ммІ Iдд=305 А

Увеличиваем Л2: Fст=120ммІ Iдд=270 А

ДU=37 В

Это составляет 8,9% < 9,5%

Обрыв Л1. Расчет аналогичен предыдущему

ДU=35,5 В; Это составляет 9,3% < 9,5% - проходит

ДU=12,5 В; Это составляет 3,3% < 4,5% - проходит

Низковольтная сеть. (3 мат. склада.)

Iр1=76 А; Iр2=50 А; Iр3=26 А;

ДUх=0,86 В; ДUа.доп.=17,1-0,68=16,42 В

F1=36 ммІ; > Fст =35ммІ; Iдд=135 А

F2=18 ммІ; > Fст =16ммІ; Iдд=90 А

F3=9 ммІ; > Fст =10ммІ; Iдд=65 А

ДU=45 В; 11,8% > 9.5% не подходит.

Подбираем другие сечения

F1, 2, 3=50 ммІ; Iдд=165 А;

ДU=15,9 В; 4,2% < 4,5%;

Рассмотрим ПАР:

I1пар=151 А

I2пар=101 А

I3пар=50 А

ДU=32 В

Это составляет 8,4% и удовлетворяет условие ДUдоп=9,5%;

Низковольтная сеть (ГРМ).

Ip=29 A; ДUх=0,54 В;

ДUдоп=17,1- 0,54=16,56 В9

F=25 ммІ; > Fст =25ммІ; Iдд=115 А;

ДU=15,2 В; 4% < 4,5%;

В ПАР: Iпар=57 А;

ДU=30 В; 8% < 9,5%;

12 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Расчет Iк.з на шинах силового трансформатора на низкой стороне.

Используя таблицу, принимаем среднее геометрическое расстояние между проводом 0,4 мм, Х0=0,4 Ом/м для проводов марки АС линии эллектро передач. Относительное реактивное сопротивление:

Xл1*=0,361

Хл2= 2,226;

Относительное индуктивное сопротивление трансформаторов:

Хтр*1=Uк1/100*Sб/ Sном=0,4*40*300/1,1*12100=5

Хтр*2=3,57

Точки короткого замыкания:

Iк1*'''=Е*/(Хс”+Xл1*+Хтр*1)=0,18

Iкз1*'''=5,18 кА

Iк2*'''=0,16

Iкз2*'''=4,6 кА

13 ПРОВЕРКА ТЕРМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КАБЕЛЯ ОТ ДЕЙСТВИЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.

Для расчета берем кабель, у которого сечение имеет наибольшую разницу с предыдущим сечением. Для примера возьмем высоковольтный кабель с F=10ммІ, Iдд=60 А, Iр=6 А на линии 6, Ік'''=0.95 кА

Определим первоначальную температуру кабеля:

Qнач=Дt(Iр/ Iдд)І+tокр. ср.

Qнач=Qдд-Qном=60-15=45°С

Qдд=60°С; Qном=15°С

Q=15°С

По графику находим при Q=15°С; Ан=1500(АІ*с)/(ммІ)

Зная max допустимую температуру нагрева алюминия, находим Акз.

При нагреве кабеля при токе короткого замыкания до температуры Qкз=200°С величина Акз.'=14000 (АІ*с)/(ммІ) Тогда

ДА=Акз.'-Ан=12500(АІ*с)/(ммІ)

Зная это значение можно определить допустимое значение времени короткого замыкания, за которое кабель нагреется до Qдоп

t=ДА*FІ/ IкзІ=1,4 с

По результатам можно сделать вывод, что при установке защиты на этом участке, при коротком трехфазном замыкании защита должна сработать меньше чем за 1,4 с, иначе будет наблюдаться перегрев кабеля, что приведет к разрушению изоляции и пробою кабеля на этом участке.

14 ЗАКОН РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Закон регулирования напряжения необходим для обеспечения качества электроэнергии (напряжения) в электросети. Для этого необходимо выбрать две точки сети: наиболее «близкую» и наиболее удаленную в электрическом отношении от источника питания. Если потери в линии до данного объекта превышают 2,5%, то их можно регулировать отпайками трансформатора. Нам задан диапазон регулирования на шинах питающей подстанции, в зависимости от колебания нагрузки.

Потери в линиях рассчитываем по формуле

ДUl=(Pлi*Roi+Qлi*Xoi)*li/Uн

ДU1=137 В; 2,3%. ДU2=52 В; 0,9%.

ДU3=18 В; 0,3%. ДU4=45 В; 0,7%.

ДU5=78,2 В; 1,3%. ДU6=19,54 В; 0,3%.

ДU7=51,1 В; 0,9%. ДU8=67 В; 1,1%.

Анализируя схему аэропорта, и просчитав потери в элементах сети принимаем, что в роли ближних точек будут: Б1 - РСБН-У (ТП2).

Б2 - автобаза (ТП10),

а в роли дальних: Д1 - ГРМ

Д2 - столовая



Схема для расчета закона регулирования

Все потери в линиях обозначены на рисунке 9. Сечение линий приведены в таблице 6. Отклонения напряжения на линиях питающей подстанции при Imax+7%, при Imin+2%. Потери в высоковольтной линии:

до ТП2: ДUвв max=2,3%;

до ТП3: ДUвв max=3,2%;

до ТП10: ДUвв max=5,6%.

Потери низковольтной линии:

Д1: ДUнв max=4%;

Д2: ДUнв max=4,2%.

Так как соотношения токов при максимуме и минимуме нагрузки по заданию при Imax/ Imin=3, то чтобы найти потери при минимуме нагрузки, максимальные потери соответственно нужно уменьшить:

до ТП2: ДUвв min=0,77%;

до ТП3: ДUвв min=1,1%;

до ТП10: ДUвв min=1,9%.

Д1: ДUнв min=1,3%;

Д2: ДUнв min=1,4%.

ДUт - в таблице 4 (пункт 8)

ДUнв - при расчете низковольтной сети (пункт 13)

Uвых= + 5%+ ДUвв+ ДUti+ ДUнв

Uвых max=5+2,3+4,8=12,1

Uвых min=5+0,77+1,6=7,37

Uвых max=5+5,6+4,2=14,8

Uвых min=5+1,9+1,4=8,3

Uвых max=-5+3,2+3,96+4=6,16

Uвых min=-5+1,1+1,32+1,3=-1,28

Uвых max=-5+5.6+4,2+4,2=9

Uвых min=-5+1,9+1,4+1,4=-0,3

Рассчитаем потерю напряжения в силовом трансформаторе

ДUт=Рк* Рнг/SнІ+ Uк* Qнг/(100*Sн)

ДUтo=0,015=1,5%

Оценим необходимость использования трансформатора с РПН, возможно ли регулировать напряжение этим трансформатором в полученной зоне регулирования

Ето=+5%+ДUтo-ДUвх+ДUвв+ДUтi+ ДUнв

ДUвых=ДUвх-ДUто+Ето

Ето - относительное изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора за счет уменьшения коэффициента трансформации отпайки.

ДUвх=7% при Sнгмах; ДUвх=2% при Sнгмin

Ето=ДUтo-ДUвх+ДUвых

Ето max=12,1-7+1,5=6,6

Ето min=7,37-2+0,5=5,87

Ето max=14,8-7+1,5=9,3

Ето min=8,3-2+0,5=6,8

Ето max=6,16-7+1,5=0,66

Ето min=-1,28-2+0,5=-2,78

Ето max=9-7+1,5=3,5

Ето min=-0,3-2+0,5=-1,8

Смысл графиков заключается в том, что если отключение напряжения на выходе питающего трансформатора будет, находится в пределах зоны, ограниченной прямыми, напряжение на нагрузке не выйдет за пределы допуска. В данном случае используется, как видно из графиков, трансформатор без РПН. Трансформатор с ПБВ следует установить на отпайку “0”.

15 ВЫБОР КОСИНУСНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Определим полную мощность аэропорта при максимуме и минимуме нагрузки.

Sнг.max=2249кВА; Sнг.min=2249/3=750кВА

Кабельные линии являются одновременно потребителями и генераторами реактивной мощности. Это необходимо учитывать при выборе конденсаторных батарей.

Qпотр=3*IІ*Xo*l; Qген=UІ*bo*l

Например, для кабеля на линии 9 (l=1,21 км; F=120 ммІ; I=184 A)

Qпотр=3*184І*0,076*1,21=9340 ВАР

Qген=6000І*146*0,000001*1,21=6360 ВАР

Результаты аналогичных вычислений для остальных кабелей заносим в таблицу 7.

Таблица 7

№ лин.	Длинна l, км	Qпотр max, ВАР	Qпотр min, ВАР	Qген, ВАР
9.	1,21	9340	3113	6360
10.	1,01	7461	5309	2487
11.	0,75	4895	1632	3618
12.	0,54	1456	485	2469
13.	0,29	160	53	1015
14.	0,56	1,25	0,42	2298

Вывод: при максимальной нагрузке сеть работает как потребитель, а при минимальной как генератор (наоборот).

Находим прибавку реактивной мощности за счет кабельных линий

ДQmax=?Qген-?Qпотр max=18247-23313=-5,06 кВАР

ДQmin=?Qген-?Qпотр min=18247-10592=7,65 кВАР

Определяем реальные реактивные мощности:

Qнагр mах=1395,06; Qнагр min=465,02 квар

Определяем полные мощности:

Smax=2252 кВА

Smin=751 кВА

Находим реальные коэффициенты мощности:

cosцmax=? Pнагр mах/Smax=0,79

cosцmin=? Pнагр min/Smin=0,78

Требуемый энергосистемой коэффициент мощности cosцсист=0,95

Мощность конденсаторных батарей мы определяем по формуле:

Qkmax=? Pmах*(tgцд- tgцmp)

цmp - требуемый угол, т.е. соответствующий 0,95

tgцmp=0.33

tgцд - действительный угол, т. е. соответствующий:

max tgцд=0,78; min tgцд=0,8

Qkmax=796 квар; Qkmшт=277 квар

Чтобы скомпенсировать эту мощность надо поставить батареи, где они будут наиболее эффективны. Это будут места где протекают большие реактивные мощности на высоковольтной стороне cosц после установки КБ: cosц=0.947

Место установки	Марка КБ	Кол-во	Емкость
ТП16	КС1-6-50-У3	1	50
ТП7	КС1-6-50-У3	1	50
	КС2-6-100-У3	3	300
ТП8	КС2-6-100-У3	2	200
	КС2-6-75-У1	1	75
ТП9	КС2-6-100-У3	1	100

16 ЭКСПЛУАТАЦИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

1. После прокладки кабеля представители организаций электромонтажной, строительной и заказчика, осмотрев трассу, составляют акт на скрытые работы и дают разрешение на засыпку траншеи, засыпку производят после всех муфт и испытания кабеля повышенным напряжением.

2. Все кабельные изоляции по инструкции должны изготовляться из несгораемых материалов.

3. Вводы кабелей из траншей в здание при отсутствии вентилируемого подполья должны выполняться выше нулевой отметки. При открытой площадке кабели необходимо защищать от прямых солнечных лучей.

4. Кабели со сплошными порывами, задирами и трещинами шлангов необходимо отремонтировать или заменить.

5. Каждая кабельная линия должна иметь свой номер или наименование. В кабельных сооружениях бирки маркировки устанавливают не реже, чем через 5 лет.

6. После монтажа кабелей до 1 кВ проверяют целостность и фазировку кабеля, сопротивление изоляции и сопротивление заземления концевых зацепок. Сопротивление изоляции измеряется мегомметрами на напряжении 2,5 кВ, которое должно быть не менее 0,5 МОм, после одноминутного испытания и производится один раз в 5 лет, а кабель с резиновой изоляцией проверяется ежегодно.

7. Необходимо 2 раза в год контролировать нагрузку кабеля (1 раз обязательно в период ее максимальной нагрузки).

8. Осмотр кабельных трасс производится не реже одного раза в 3 месяца, концевых муфт и кабельных колодцев 2 раза в год. Внеочередные обходы производятся в период паводков и стихийных бедствий.

9. Необходимо следить за состоянием пикетов, предупреждать раскопки вблизи трасс, появление дорог, свалок мусора над трассами.

10. Один раз в 3 года кабели должны испытываться повышенным напряжением выпрямленного тока. Испытания проводят для каждой фазы отдельно, путем плавного подъема напряжения, начиная от 0,3, со скоростью, не превышающей 1% в секунду. При достижении требуемого значения напряжения стабилизируется в течение 10 минут и контролируется ток утечки, который должен постоянно уменьшаться или оставаться постоянным. В случае его нарастания испытания продолжаются до пробоя изоляции или стабилизации тока утечки. После плавного отключения кабель должен быть разряжен через небольшое сопротивление.

11. Земляные работы вблизи трасс должны выполняться в присутствии представителя эксплуатирующей организации. Не допускаются раскопки машинами вблизи одного метра, а ударных механизмов на расстоянии менее 5 метров от кабеля.

12. Открытые муфты и откопанные кабели должны подвешиваться к перекинутым через траншею брусам, причем муфты должны закрываться коробками.

13. Перед вскрытием кабеля необходимо удостоверится, что он отключен (прокол кабеля заземленной стальной иглой).

14. Перекладывать кабели и переносить муфты можно только после отключения кабельной линии. Работы производятся в диэлектрических перчатках, поверх которых надевают брезентовые рукавицы с группой по электробезопасности не ниже V, а для кабеля до 1 кВ не ниже IV.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Величко Ю.К. Системы электроснабжения АП и методические указания по к/п для студентов заочников Киев. КИИГА 1989.

2. Величко Ю.К. Электроснабжение АП. Методические указания к к/п для студентов специальности 0621 Киев. КИИГА 1984.

3. Величко Ю.К. Электроснабжение АП и руководство для к/п. Киев. КИИГА 1978.

4. Величко Ю.К., Козлов В.Д. Электроснабжение АП и руководство к л/р. Киев. КИИГА 1976.