Основы электроснабжения предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача №1

Синхронный генератор G (рис. 1.1, а) включается на параллельную работу методом точной ручной синхронизации. В момент включения генераторного выключателя Q напряжение генератора и системы равны U = U_c, отклонение частот генератора и системы составляет f = f_c f, угол между векторами напряжений генератора U и системы U_c составляет и_вкл.

Рассчитать ток генератора в момент включения I"_вкл и проверить допустимость синхронизации при заданных значениях f и и_вкл.

Оценить успешность синхронизации генератора с системой при заданных значениях f и и_вкл.

Построить в координатах f и и_вкл границу области успешной синхронизации генератора.

S_ном = 137,5 МВА номинальная мощность генератора;

U_ном = 10,5 кВ номинальное напряжение генератора;

X_d»= 0,17 о.е. сопротивление генератора в момент включения;

Т_J = 3 с инерционная постоянная времени генератора;

X_св =0,25 Ом сопротивление между генератором и системой, приведенное к напряжению генератора;

f =2,5 Гц отклонение частоты генератора от частоты системы;

и_вкл = 120 град - угол между вектором напряжения генератора и вектором напряжения системы в момент включения генератора.

Рис. 1.1. Расчетная схема (а) и векторная диаграмма напряжений (б)



Расчет тока включения генератора

Примем, что в момент включения генератора U = U_c = U_ном. Тогда в соответствии с векторной диаграммой (рис. 1.1, б) геометрическая разность между векторами напряжений генератора и системы составит

U = 2U_ном кВ.

Тогда ток включения генератора при ручной синхронизации вычисляется по формуле:

I''_вкл = кА.

Поскольку напряжение генератора U и сопротивление связи X_св заданы в именованных единицах, а сопротивление генератора задано в относительных единицах, последнее следует перевести в именованные единицы

X_d'' [Ом] = X_d'' [о.е.]' Ом.

Начальный ток трехфазного КЗ на выводах генератора определяется по формуле:

I''_кз =,

где Е_q'' - ЭДС генератора в начальный момент КЗ, принимаемая равной Е_q'' = 1,1*U_ном =1,1•10,5=11,55 кВ.

Допустимость включения генератора в сеть при заданном угле и_вкл и сопротивлении связи Х_св между генератором и системой оценивается по соотношению

I"_вкл I"_кз,

27,18 кА 48,921 кА

поскольку генератор рассчитан на динамическое воздействие тока, не превышающего ток трехфазного КЗ на его выводах.

Оценка успешности синхронизации

Условия успешной синхронизации генератора имеют вид

U =U_c, f = 0 и и_вкл =0.

Первое условие очевидно и его выполнение не вызывает затруднений. В реальных условиях пуска генератора второе и третье условия строго не выполняются. Поэтому закономерен вопрос: будет ли успешной синхронизация генератора при некоторых отличных от нуля значениях f и и_вкл.

Условие успешной синхронизации генератора при f 0 и и_вкл 0, имеет вид

f .

Для заданных значений f 0 и и_вкл 0 следует проверить условие успешной синхронизации генератора.

Построение области успешной синхронизации генератора

Для построения границы области успешной синхронизации следует воспользоваться последним соотношением, записав его в форме равенства.

f =.

Задаваясь значением и_вкл = 0, 30, 60,… 180є и и_вкл = -30, -60,… -180є, из последнего равенства находятся соответствующие значения f. Далее в координатах и_вкл и f построим область успешной синхронизации генератора (рис..1.2).

Рис. 1.2 - Область успешной синхронизации

Задача №2

Для заданных режимов работы автотрансформатора АТ (рис. 2) номинальной мощностью S_ном рассчитать токи обмоток АТ и проверить допустимость каждого режима.

При расчетах принять одинаковыми коэффициенты мощности нагрузок высшего S_в, среднего S_c и низшего S_н напряжений. Напряжения присоединенных к АТ сетей считать равными соответствующим номинальным напряжениям АТ U_вн, U_сн, U_нн.



а) б) в) г)

Рис. 2. Режимы работы автотрансформаторов

Данные для режима работа АТ схем а, б

Sв, MB·A	Sс, MB·A	Sн, MB·A	Uвн, кB	Uсн, кB	Uнн, кB	Sном, MB·A	Sнн ном, MB·A
125	80		500	330	10,5	125	40

Данные для режима работа АТ схем в, г

Sв, MB·A	Sс, MB·A	Sн, MB·A	Uвн, кB	Uсн, кB	Uнн, кB	Sном, MB·A	Sнн ном, MB·A
80	125		330	220	10,5	125	40

Произведём расчёт для схем а, б, расчёт схем в, г аналогичен, будем показывать конечный результат.

Коэффициент выгодности АТ (коэффициент типовой мощности) определяется по выражению

,

для схемы в, г: .

Типовая мощность АТ, т.е. мощность, передаваемая магнитным путем между обмотками высшего и среднего напряжений, вычисляется как

S_тип = S_ном.=0,34 • 125=42,5 МВА,

для схемы в, г: МВА.

Номинальные токи общей и последовательной обмоток АТ, рассчитанных на типовую мощность, составляют

I_{o ном} =кА;

I_{п ном} =кА;

для схемы в, г: кА, кА.

Обмотка низшего напряжения АТ выполняется на номинальную мощность, составляющую S_{нн ном} = (25…50)%S_ном. Номинальный ток обмотки низшего напряжения составляет

I_{н ном} =кА,

для схемы в, г: кА.

В энергосистеме АТ может работать в следующих режимах:

передача мощности из одной (любой) обмотки в две другие;

передача мощности из двух (любых) обмоток в третью.

Особенности АТ накладывают определенные ограничения на возможные режимы его работы в энергосистеме, что приходится учитывать при выборе схем электрических соединений электростанций и подстанций. Токи в общей, последовательной и обмотке низшего напряжения не должны превышать номинальные токи этих обмоток. Для проверки этого условия необходимо рассчитать токи на стороне высшего, среднего и низшего напряжений.

Ток обмотки высшего и среднего напряжения



I_в =кА

I_с =кА,

для схемы в, г: кА, кА.

Мощность S_н, потребляемую или выдаваемую на стороне низшего напряжения АТ, следует рассчитать по балансу мощностей в узле установки АТ при пренебрежении потерями мощности в АТ.

Ток обмотки низшего напряжения

I_н =кА,

где S_н = S_в - S_с= 125-80 = 45 МВА,

для схемы в, г: S_н = S_с - S_в= 125-80 = 45 МВА;

для схемы в, г: кА.

Ток общей обмотки в каждом из рассматриваемых режимов

I_o= I_в I_c .= | 0,144-0,14 | =0,004кА,

для схемы в, г: кА.

Ток в последовательной обмотке в каждом из рассматриваемых режимов

I_п= I_в.= 0,144 кА,

для схемы в, г: кА.

Допустимость режима АТ оценивается по выполнению условий

I_o I_{o ном},

0,004 кА 0,074 кА;

I_п I_{п ном},

0,144 кА 0,144кА;

I_н I_{н ном},

2,474 кА 6,873 кА.

Для схем в, г:

I_o I_{o ном},

0,188 кА 0,109 кА;

I_п I_{п ном},

0,14 кА 0,219 кА;

I_н I_{н ном},

2,474 кА 6,873 кА.

Проанализировав решение задачи можно сделать вывод, что не допустимо использовать режимы АТ по схемам в, г, так как не выполняется условие I_o I_{o ном}, 0,188 кА 0,109 кА;

Задача №3

Рассчитать заземляющее устройство подстанции с высшим напряжением 110 кВ. Вертикальные заземлители выполнить стальными прутками диаметром d 16 мм длиной l_в = 5 м и расположить по периметру подстанции. Горизонтальные заземлители выполнить стальной полосой 40х4 мм, закладываемой:

- по периметру подстанции;

- двумя дополнительными продольными полосами вдоль подстанции;

- дополнительными поперечными полосами на расстоянии от периферии к центру подстанции не более 4, 5, 6, 7, 9, 11, 13, 16, 20 м.

Стальная горизонтальная полоса закладывается на глубине t_г=0,7 м и соединяет верхние концы заглубленных вертикальных заземлителей.

Размеры подстанции 50x70, удельное сопротивление грунта - 55 Ом/м и сопротивление естественных заземлителей R_ест 1,4 Ом.

Перед решением задачи изобразим схему расположения горизонтальных заземлителей, для размера подстанции 50х70 м эта схема приведена на рис. 3, где все размеры указаны в метрах.

Рис. 3. Схема расположения горизонтальных заземлителей

В соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства электроустановки напряжением 110 кВ должно быть R_зу 0,5 Ом. Поэтому при заданном сопротивлении естественных заземлителей R_ест сопротивление искусственного заземлителя должно быть

Ом.

Сопротивление горизонтального заземлителя (стальной полосы)

Ом,

где l_г = 930 м - суммарная длина горизонтального заземлителя в соответствии с рис. 1;

с = 0,04 м - ширина стальной полосы;

t_г =0,7 м - глубина заложения горизонтального заземлителя.

Расчетное сопротивление грунта

_расч = К_с = 2,75•50 = 137,5 Ом/м,

где К_с - коэффициент сезонности, учитывающий высыхание и промерзание грунта; К_с = 2…3,5 для горизонтальных заземлителей. Примем К_с = 2,75.

Сопротивление горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования

Ом.

Коэффициент _г учитывает увеличение сопротивления заземлителя вследствие явления экранирования соседних электродов. Величина _г принимается по табл. 4.5 методического указания для предварительно принятого количества вертикальных заземлителей N_в и отношения расстояния между вертикальными заземлителями а_в к их длине l_в.

При предварительно принятом количестве вертикальных заземлителей
N_в = 26 и отношении а_в/ l_в = 2, _г = 0,31.

Требуемое сопротивление вертикальных заземлителей

Ом.



Сопротивление одного вертикального заземлителя

Ом,

где l_в = 5 м - длина вертикального заземлителя;

d 16 мм - диаметр вертикального заземлителя;

t_в =3,2 м - глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины вертикального заземлителя.

_расч = К_с = 1,3•50 = 65 Ом/м,

где К_с = 1,3 (К_с = 1,15…1,45 для вертикальных заземлителей).

Расчетное количество вертикальных заземлителей с учетом коэффициента использования

шт.,

где _г = 0,62, принимается по табл. 4.5 методического указания.

Для расчетного N_в = 14 уточняем сопротивления вертикального и горизонтального заземлителей

Ом,

Ом.



Тогда сопротивление искусственного заземлителя

Ом ? 0,778 Ом.

Условие выполняется.

Задача №4

синхронный генератор заземляющий электродвигатель

По исходным данным, необходимо произвести выбор приводного электродвигателя механизма, автоматического выключателя (автомата) для его защиты, выбрать номинальный ток и ток срабатывания расцепителя автомата, а также площадь сечения питающего кабеля.

Вид механизма	Подача Q, м3/ч?103	Напор H, кПа	КПД механизма зm, %	Частота вращения n, об/мин
Дымосос	19	1,8	65	960

Решение задачи начнём с определения мощности электродвигателя, необходимого для работы механизма. Мощность электродвигателя, кВт, необходимого для привода механизма, указанного в задании, определяется по формуле

кВт,

где H - напор, кПа; Q - подача механизма, м³/с; з_м - КПД механизма, о.е.

По указанной в задании частоте вращения механизма n из табл. 19 методических указаний выбираем электродвигатель и номинальной мощностью P_дном, равной расчетной P_д или ближайшей большей:

Технические данные асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором серии 4А (U_дном = 0,38 кВ)

Тип двигателя	Pдном, кВт	nд, об/мин	зд, %	cosц
4А160M6Y3	15,0	975	87.5	0,87	6.0

После выбора электродвигателя определим полную мощность S_дном, потребляемую им из сети:

кВ•А,

где з_д - КПД электродвигателя, о.е.; cosц - коэффициент мощности электродвигателя

Затем определим номинальное значение тока электродвигателя, А

где U_дном - номинальное напряжение двигателя, кВ.

По полученному значению номинального тока выберем автоматический выключатель, удовлетворяющий следующим условиям:

1) 400В ?380В

2)

I_аном ? 32.932

где U_аном, I_аном - номинальное напряжение и ток автомата; I_{раб max} - максимальный рабочий ток линии, питающей двигатель, принимается равным 1,1•I_дном.

По этим условиям выбираем автоматический выключатель типа АП50, технические данные которого представлены в таблице.

Технологические характеристики автоматических выключателей

Тип автомата	Номинальное напряжение, Uаном, В	Номинальный ток автомата, Iаном, А	Номинальный ток расцепителя, Iрном, А
АП50	400	40	250

Для нормальной работы автомата с комбинированным или электромагнитным расцепителем необходимо, чтобы номинальный ток расцепителя I_рном и ток срабатывания (уставка) расцепителя I_ср удовлетворяли следующим условиям:

40А ? 29.938А

250 А ? 225.533А

где K_т = 0,8…0,85 - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев автомата, встроенного в закрытый шкаф;

1,25 - коэффициент запаса, учитывающий неточность в определении пускового тока и разброс характеристик расцепителей автоматов.

С помощью приведенных неравенств и данных табл. 20 выбирается соответствующее стандартное значение I_рном и рассчитывается ток срабатывания расцепителя I_ср, выставляемый на расцепителе автомата в период проведения пусконаладочных или монтажных работ.

Сечение кабеля для питания электродвигателя выбирается по двум условиям:

а) по условию нагревания длительным расчетным током



I_доп ? 32.932 A

где I_доп - длительно допустимый ток кабеля, приведенный в табл. 23 методических указаний;

K_попр - поправочный коэффициент, учитывающий условия прокладки кабеля (в расчете принять K_попр = 1);

б) по условию соответствия выбранному аппарату токовой защиты

синхронный генератор заземляющий электродвигатель

где K_з - коэффициент кратности допустимого длительного тока кабеля по отношению к номинальному току расцепителя автомата;

K_з = 1,25; K_попр - поправочный коэффициент, учитывающий условия

прокладки кабеля (в расчете принять K_попр =1).

По полученному большему значению тока I_доп выбирается по ПУЭ ближайшее большее стандартное сечение кабеля. Для полученных расчётов выбрали три одножильных кабеля проложенных в трубе с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с аллюминевыми жилами сечение токопроводящей жилы, 16 мм² с I_доп.=60А.

Размещено на Allbest.ru