Однокритериальная оптимизация заземляющего устройства подстанции
Определение размеров заземляющего устройства с учетом ограждений подстанции. Моделирование заземляющего устройства подстанции согласно требованиям правил устройства электроустановок. Вычисление массы металла для каждого варианта заземляющего устройства.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.12.2014 |
| Размер файла | 169,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНОБРНАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный университет»
Факультет: Электроэнергетический
Кафедра: Электроснабжения
Дисциплина: Оптимизация систем электроснабжения
Отчёт по лабораторной работе
Однокритериальная оптимизация заземляющего устройства подстанции
Вариант № 42
Выполнил:
студент группы ЭС-42 Владимиров М. В.
Проверил:
преподаватель к.т.н., доцент Ананьев В.П.
Вологда 2014
Содержание
1. Исходные данные
2. Обработка исходных данных
3. Оптимизационное моделирование
4. Обработка результатов моделирования
Вывод
Список использованных источников
1. Исходные данные
1. По исходным данным (см. табл.1.1) определить: тип подстанции, марку трансформаторов, рабочие напряжения, режим нейтрали, требуемое согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства - Rзу. Все перечисленные выше позиции должны быть обоснованы ссылками на нормативные документы и расчетами.
2. Определить действительные размеры заземляющего устройства с учетом ограждений подстанции.
3. Выбрать шаг изменения длины вертикальных стержней. Произвести моделирование заземляющего устройства с учетом требований ПУЭ и точностью не менее -2%.
4. По результатам моделирования вычислить массу металла для каждого варианта заземляющего устройства. Построить аппроксимирующую модель.
5. Выбрать оптимальную конструкцию заземляющего устройства.
На подстанции присутствуют естественные заземлители, сопротивление которых равно 1 Ом.
Таблица 1.1 Исходные данные для проектирования заземляющего устройства
|
Параметр |
Значение |
|
|
Ток замыкания на землю,,кА |
4,5 |
|
|
Удельное сопротивление грунта, , Ом/м |
70 |
|
|
Глубина залегания, h, м |
0,7 |
|
|
Диаметр искусственного заземлителя, d ,м |
0,02 |
|
|
Строительные размеры подстанции, aЧb, мЧм |
40Ч46 |
2. Обработка исходных данных
Параметры подстанции определяются на основании ее площади застройки.
Определим площадь застройки подстанции:
, м2 (2.1)
где а и b строительные размеры подстанции;
, м2.
Из табл. П4.15 [2] выбираю следующую трансформаторную подстанцию: ГПП-110-4Н-232000-10-1, где:
ГПП - главная понизительная подстанция;
110 - номинальное напряжение на высшей стороне, кВ;
4Н- схема РУ ВН, т.е. 2 блока линия-трансформатор с выключателями с автоматическими ремонтными перемычками со стороны линий (Рис. 1) [4].
232000 - число и мощность трансформаторов, кВА.
10-1 - тип РУ НН, для двухтрансформаторных подстанций и 1 секционированная система шин (Рис. 1) [4].
Рис. 1
Выбор выключателей
Для двухтрансформаторных подстанций при преобладании потребителей I категории коэффициент загрузки трансформаторов принимается в пределах 0.6 - 0.7, при преобладании потребителей II категории 0.8 - 0.9, а при потребителях III категории - 1. [5]
Примем, что у нас 30% потребителей II и 70% III категории надёжности, и нагрузка до аварийного режима не превышает 0.9 паспортной мощности. Поэтому трансформатор с системой охлаждения М (мощность до 16 МВА) можно перегружать до 5 суток на 40% с продолжительностью перегрузки в каждые сутки не более 6 ч при температуре охлаждающей среды 7.4?С (годовая эквивалентная температура для Вологодской обл.). [5]
Принимаем
Для стороны ВН:
(2.2)
Для стороны НН:
(2.3)
На стороне ВН: элегазовый выключатель типа ВГТ 110-40/2500 Uном =110 кВ, Iном =2500А.
На стороне НН: вакуумные выключатели ВВ/TEL-10-25-3150У2 на Uном=10кВ, Iном=3150А (производства ООО « Таврида Электрик Украина»).
Для сетей 110 кВ согласно ПУЭ п.1.7.88 [1] применяется как глухозаземленная, так и эффективно заземленная нейтраль. Так как нам не известен ток однофазного короткого замыкания на землю, выбираем глухозаземленную нейтраль.
Для стороны 110 кВ в соответствии с п.1.7.90. ПУЭ [1] заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом с учетом сопротивления естественных и искусственных заземлителей. C учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, необходимое сопротивление искусственного заземлителя определяется так:
(2.4)
Определим действительные размеры заземляющего устройства с учетом ограждения подстанции. В соответствии с п. 1.7.93. ПУЭ [1] для исключения электрической связи внешней ограды с заземляющим устройством расстояние от ограды до элементов заземляющего устройства, расположенных вдоль нее с внутренней стороны должно быть не менее 2 м. Таким образом, действительные размеры заземляющего устройства будут равны:
, м, (2.5)
, м;
, м, (2.6)
, м.
В соответствии с п. 1.7.93. ПУЭ [1] вертикальные стержни должны быть длинной 3-5 м.
3. Математическое моделирование
Автоматизированное проектирование заземляющего устройства выполняется с помощью программы mez.exe [3]. Результаты расчета приведены в табл. 3.1-3.11.
Таблица 3.1 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 5.0 м
|
Задан |
ПотенциалU, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y концапрямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4420 |
4500 |
0.982 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
5.0 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 21 |
18, 21 |
5.0 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
5 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
5.0 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=8
Таблица 3.2 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 4.8 м
|
Задан |
ПотенциалU, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y концапрямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4440 |
4500 |
0.988 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
4.8 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 21 |
18, 21 |
4.8 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
5 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
4.8 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=8
Таблица 3.3 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 4.6 м
|
Задан |
ПотенциалU, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y концапрямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4470 |
4500 |
0.993 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
4.6 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 21 |
18, 21 |
4.6 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
5 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
4.6 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=8
Таблица 3.4 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 4.4 м
|
Задан |
ПотенциалU, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y концапрямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4490 |
4500 |
0.998 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
4.4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 21 |
18, 21 |
4.4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
5 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
4.4 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=8
Таблица 3.5 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 4.2 м
|
Задан |
ПотенциалU, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y концапрямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4520 |
4500 |
1 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
4.2 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 21 |
18, 21 |
4.2 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
5 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
4.2 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=8
Таблица 3.6 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 4.0 м
|
Задан |
ПотенциалU, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y концапрямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4460 |
4500 |
0.992 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 7 |
18, 7 |
4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 21 |
18, 21 |
4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
5 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
4 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=10
Таблица 3.7 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 3.8 м
|
Задан |
Потенциал U, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y конца прямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4420 |
4500 |
0.982 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
3.8 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 10.5 |
18, 10.5 |
3.8 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Верт.стерж.1.3 |
18, 21 |
18, 21 |
3.8 |
0.01 |
10 |
||||||
|
5 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
6 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
3.8 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=12
Таблица 3.8 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 3.6 м
|
Задан |
Потенциал U, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y конца прямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4450 |
4500 |
0.989 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
3.6 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 10.5 |
18, 10.5 |
3.6 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Верт.стерж.1.3 |
18, 21 |
18, 21 |
3.6 |
0.01 |
10 |
||||||
|
5 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
6 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
3.6 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=12
оптимизация заземляющий устройство подстанция
Таблица 3.9 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 3.4 м
|
Задан |
Потенциал U, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y конца прямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4480 |
4500 |
0.996 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
3.4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 10.5 |
18, 10.5 |
3.4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Верт.стерж.1.3 |
18, 21 |
18, 21 |
3.4 |
0.01 |
10 |
||||||
|
5 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
6 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
3.4 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=12
Таблица 3.10 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 3.2 м
|
Задан |
Потенциал U, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y конца прямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4510 |
4500 |
1 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
3.2 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 10.5 |
18, 10.5 |
3.2 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Верт.стерж.1.3 |
18, 21 |
18, 21 |
3.2 |
0.01 |
10 |
||||||
|
5 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
0.01 |
10 |
|||||||
|
6 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
3.2 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=12
Таблица 3.11 Расчет сопротивления заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 3.0 м
|
Задан |
Потенциал U, В |
Ток I, А |
RЗУ, Ом |
hr, м |
N |
Стержень |
x, y начала прямой |
x, y конца прямой |
Длина, м |
Радиус, м |
Число точек |
|
|
I |
4440 |
4500 |
0.987 |
0.7 |
1 |
Контур1 |
18, 0 |
18, 21 |
0.01 |
10 |
||
|
2 |
Верт.стерж.1.1 |
18, 0 |
18, 0 |
3 |
0.01 |
10 |
||||||
|
3 |
Верт.стерж.1.2 |
18, 10.5 |
18, 10.5 |
3 |
0.01 |
10 |
||||||
|
4 |
Верт.стерж.1.3 |
18, 21 |
18, 21 |
3 |
0.01 |
10 |
||||||
|
5 |
Контур2 |
18, 21 |
0, 21 |
3 |
0.01 |
10 |
||||||
|
6 |
Верт.стерж.2.1 |
0, 21 |
0, 21 |
3 |
0.01 |
10 |
||||||
|
7 |
Верт.стерж.2.2 |
9, 21 |
9, 21 |
3 |
0.01 |
10 |
Количество вертикальных стержней: n=16
4. Нахождение минимальной массы искусственного заземлителя
Масса спроектированного заземляющего устройства рассчитывается по формуле:
Мзу= р • r2 • с • [(aз+bз) •2 + N •L] · КЗ (4.1)
где r - радиус заземляющего стержня, м;
с - плотность стали, кг/м3;
aз, bз - длина , ширина заземляющего контура соответственно, м ;
N - кол-во вертикальных стержней, шт;
L - длина вертикальных стержней, м;
КЗ = 1.15 - коэффициент запаса.
В нашем случае марка стали - Ст3 [6]. Сталь марки Ст3 имеет плотность 7800 кг/м3.
Пример расчета массы металла для заземляющего устройства при длине заземляющих стержней L=5,0 м. Используя табл. 3.1 определяем число стержней N=8.
По формуле (4.1) находим Мзу:
Мзу= 3.14 • (0.01)2 • 7800 • [(36+42) •2 + 8 •5] · 1.15=552 кг.
Результаты расчета представлены в табл. 4.1
Таблица 4.1 Изменение массы искусственного заземлителя в зависимости от длины вертикальных стержней и их количества
|
Длина вертикальных стержней L, м |
Количество вертикальных стержней N, шт. |
Масса заземляющего устройства MЗУ, кг |
|
|
5 |
8 |
552 |
|
|
4,8 |
8 |
549 |
|
|
4,6 |
8 |
544 |
|
|
4,4 |
8 |
539 |
|
|
4,2 |
8 |
535 |
|
|
4 |
10 |
553 |
|
|
3,8 |
12 |
569 |
|
|
3,6 |
12 |
562 |
|
|
3,4 |
12 |
555 |
|
|
3,2 |
12 |
548 |
|
|
3 |
16 |
575 |
По полученным данным строим график Мзу=f( L ) (рис. 4.1)
Рис. 4.1 Зависимость массы заземляющего устройства от длины вертикальных стержней
Вывод
Провели одноцелевую оптимизацию заземляющего устройства. Критерием оптимизации является масса металла, израсходованного на его изготовление. Для этой цели было смоделировано 11 вариантов удовлетворяющих всем требованиям ПУЭ. Из них оптимальным является тот, при котором масса заземляющего устройства минимальна. Из табл.4.1 видно, что глобальный экстремум соответствует ЗУ с длиной стержня 4,2 м. Оптимальным является вариант ЗУ с восьмью вертикальными стержнями длиной 4,2 м. Масса заземляющего устройства составит 535 кг.
Список использованных источников
1. Правила устройства электроустановок / Министерство энергетики Российской Федерации. - 7-е изд. - М: Энергоатомиздат, 2014. - 464 с., ил.
2. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.-368c.
3. Ананьев В.П. Оптимизация систем электроснабжения/ В.П. Ананьев: Методические указания к лабораторному практикуму. - Вологда.: ВоГТУ, 2006. - 20 с.
4. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения: Справочник Учеб. пособие.-М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006.-480с.-(Высшее образование)
5. ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.- М.: ГПЦПП Минстроя России, 1997. - 76 с
6. ГОСТ 380-05. Межгосударственный стандарт сталь углеродистая обыкновенного качества.- М.: Стандартинформ, 2009. - 8 с
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Выбор основного оборудования и токоведущих элементов подстанции. Расчёт максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции. Определение мощности трансформаторов подстанции. Расчет заземляющего устройства и определение зоны защиты молниеотводов.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 26.05.2023Технические характеристики электрооборудования объекта проектирования (заземляющее устройство подстанции). Выбор, обоснование, разработка и расчет планировочного решения системы заземляющего устройства, его ремонт, наладка, монтаж и обслуживание.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 09.07.2015Назначение заземляющего устройства электроустановок высокого напряжения, его проектирование и эксплуатация. Зависимость допустимого напряжения прикосновения от времени воздействия. Причины и последствия неэквипотенциальности заземляющего устройства.
презентация [2,8 M], добавлен 12.11.2013Структурная схема тяговой подстанции. Расчет токов короткого замыкания и заземляющего устройства. Выбор и проверка токоведущих частей и электрических аппаратов. Выбор аккумуляторной батареи и зарядного устройства. Повышение качества электроэнергии.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 01.06.2014Выбор схемы собственных нужд подстанции. Расчет мощности трансформаторов Т-1 и Т-2 с учетом коэффициента перегрузки. Расчет токов короткого замыкания, заземляющего устройства. Определение основных показателей производственной мощности подстанции.
дипломная работа [312,0 K], добавлен 03.09.2010Расчет электрической части подстанции: определение суммарной мощности потребителей, выбор силовых трансформаторов и электрических аппаратов, устройств от перенапряжения и грозозашиты. Вычисление токов короткого замыкания и заземляющего устройства.
контрольная работа [39,6 K], добавлен 26.11.2011Назначение и сущность расчета заземляющего устройства подстанции, особенности его монтажа, определение допустимого сопротивления, выбор формы и размеров электродов. Защита подстанции от прямых ударов молнии, характеристика методик и цели раcчета.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 30.09.2012Построение графиков нагрузок районной подстанции. Расчет допустимых систематических и аварийных перегрузок силовых трансформаторов. Монтаж заземляющего устройства. Расчет токов короткого замыкания. Зануление оборудования собственных нужд на подстанции.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 15.02.2017Расчет электрической части подстанции. Определение суммарной мощности потребителей подстанции. Выбор силовых трансформаторов и схемы главных электрических соединений подстанции. Расчет заземляющего устройства, выбор защиты от перенапряжений и грозы.
курсовая работа [489,4 K], добавлен 21.02.2011Выбор автотрансформаторов, сборных шин, измерительных трансформаторов напряжения и тока, распределительных устройств, выключателей для подстанции. Расчет токов короткого замыкания и заземляющего устройства. Схемы питания потребителей собственных нужд.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 24.02.2013
