• При запуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, пусковые токи превышают номинальные в 5-7 раз. Это приводит к падению напряжения на зажимах электродвигателя, которое не должно превышать 20%.
• Произведем приближенный расчет по возможности запуска асинхронного электродвигателя от известной сети. Для расчета необходимо и паспортные данные электродвигателя.
• Паспортные данные электродвигателя:
• тип электродвигателя 4А180S2У3;
• номинальная мощность Рн=160 кВт;
• Номинальное напряжение Uн=380 В;
• КПД 0,91; cosj =0, 89;
• кратность пускового тока к номинальному К=6;

исходные данные сети

Определим сопротивление линии 10кВ:

Определим сопротивление линии 0,38кВ:

Сопротивление трансформатора будет равно:

SH = 160 кВА Uк% = 4,5%

Суммарное сопротивление сети:

Zc=Z0.38+Zтр+Z10 = 0,012 + 0,007 + 0,000406= 0,019 Ом.

Номинальный ток двигателя:

Определим сопротивление короткого замыкания двигателя:

Ом.

Колебание напряжения сети при запуске двигателя:

Вывод: так как полученное значение падения напряжения во время пуска двигателя меньше нормативного, то следовательно что двигатель успешно запустится (13,8 % < 30%).

10. Расчет потерь в элементах электрической сети

Потери электроэнергии при передаче ее к потребителям составляют ощутимую величину в пределах до 10-15% от переданной по сетям энергии. В сетях различных напряжений они распределяются следующим образом:

-Распределительные сети напряжением до 10 кВ - 60%

-Сети напряжением до 35 кВ - 10%

-Трансформаторные подстанции - 20%

-Сети напряжением 110кВ и выше - 10%

Таким образом, учитывая тот факт, что сети напряжением до 35 кВ, как правило, сельские, можно сделать вывод, что для систем сельского электроснабжения уменьшение потерь электроэнергии является особо актуальной задачей.

При передаче электроэнергии от электростанции до потребителя часть электроэнергии неизбежно расходуется на нагрев проводников, создание электромагнитных полей, утечку через естественные проводимости изоляции относительно земли и т.п. Это - технические потери электроэнергии. В основных элементах электрической сети: трансформаторах и линиях электропередачи потери электроэнергии разделяют на две составляющие: переменные (нагрузочные) потери и постоянные (потери холостого хода). В линиях электропередачи постоянные потери обычно малы по сравнению с переменными и их учитывают только при особо точных расчетах или в сетях высоких напряжений. В силовых трансформаторах составляющая потерь холостого хода обычно существенна и она учитывается всегда.

1. отчетная величина потерь электроэнергии - разность между поступившей в систему энергией и реализованной, вычисленной по сумме оплаченных счетов потребителей;
2. расчетная или техническая величина потерь электроэнергии - обусловленная расходом на нагрев, создание электромагнитных полей и т.п. и определяемая по известным параметрам режима работы и характеристикам элементов электрической сети;

Каждое из этих понятий имеет определенный экономический смысл, однако, наиболее ощутимая составляющая - это технические потери, возникающие при нагреве проводников. Количество теряемой при этом на участке сети энергии можно оценить по закону Джоуля - Ленца:

(10.1)

где: Р - максимальная активная мощность на участке сети; S - расчетная мощность нагрузки на участке сети; R - сопротивление проводов на участке сети; cos? - коэффициент мощности; U - номинальное напряжение на участке (0,38кВ); t - время потерь.

Время потерь определяется из выражения при время потерь может быть вычислена по формуле:

(10.2)

где Т - время использования максимума нагрузки принятое по таблице 4.6 /2/.

При меньших значениях времени использования максимума нагрузки (Т) время потерь рекомендуется определять по следующей формуле:

(10.3)

Потери энергии в трансформаторах определяются по формуле:

(10.4)

где: DРкз, DРхх - потери короткого замыкания и холостого хода трансформатора.

Исходные данные и результаты расчета потерь в трансформаторе и на участках сети для удобства сведем в таблицу 10.1, 10.2 соответственно.

Таблица 10.1 - Расчет потерь в трансформаторе

№ ТПSp, кВАSн, кВА?Pхх, кВт?PKЗ, кВтT, час?, час?W, кВт·чТП587,35121000,332,27280013485225,6ТП65663,000,241,47280013483668,0ТП724,4525,000,130,6280013481912,4ТП8198,51600,512,65280013489965,7Всего потерь в трансформаторах20771,8

• Пример расчета для ТП5:

Таблица 10.2 - Результаты расчета потерь на участках сети 0,38кВ

№ линии№ уч-каSp, кВАL, кмМаркаr0Т, час?, час?W, тыс. кВт·чТП5 Л10 110,200,05A-350,832000919,5927,4961 210,000,10A-350,831100479,6627,4331 32,000,10А-350,832000919,592,0931ТП5 Л20 145,050,05A-500,591600706,55293,951 210,000,03А-350,831200521,548,99321 339,050,15А-500,592000919,59848,03ТП5 Л30 132,100,15A-500,59480259,16163,661 230,000,10А-500,59920408,71144,281 33,600,15А-350,83920408,714,4146Итого потерь по участкам1520,4С учетом потерь в трансформаторе6746ТП6 Л10 123,000,10А-350,832000919,59290,81 218,000,05А-350,831100479,6640,1981 38,290,09А-350,832000919,5930,877ТП6 Л20 133,000,04А-350,591600706,55113,561 222,000,06А-350,831200521,5490,6821 37,480,10А-350,832000919,5928,1121 411,530,10А-350,831600706,5553,994 54,000,06А-350,831200521,542,87784 67,530,08А-350,831600706,5519,011Итого потерь по участкам670,11С учетом потерь в трансформаторе4338,2ТП7 Л10 117,700,05А-350,662000919,5965,9831 215,600,01А-350,661100479,665,61431 33,600,18А-350,662000919,599,8264ТП7 Л20 115,360,04А-350,661600706,5532,4571 23,500,07А-350,661200521,542,13631 34,200,27А-350,662000919,5920,2851 45,800,09А-350,661600706,559,47194 51,000,04А-700,661200521,540,08364 64,000,190,000,661600706,559,8387Итого потерь по участкам155,7С учетом потерь в трансформаторе2068,1ТП8 Л10 1198,500,01А-700,422000919,591317,4Итого потерь по участкам1317,4С учетом потерь в трансформаторе11283Итого потерь по участкам3663,5С учетом потерь в трансформаторе24435

• Пример расчета для ТП5 Л1 участок 0 1:

11. Расчет токов короткого замыкания

• Коротким замыканием (к.з.) называется всякое не предусмотренное нормальным условием работы соединение 2х и более точек электрической цепи (непосредственно или через переходное сопротивление). В трехфазных сетях переменного тока при расчетах учитывают трехфазное и однофазное к.з., трансформаторов, линий электропередачи и других элементов сельской электрической сети.

Расчеты токов короткого замыкания необходимы для выбора и проверки электрооборудования, проектирования релейных защит и заземляющих устройств ТП. Для расчета токов короткого замыкания, для каждого ТП, необходимо составить расчетную схему. Одновременно с составлением расчетной схемы определяются точки сети, в которых следует вычислять значения токов короткого замыкания. При составлении расчетных схем, как правило, применяется упрощенный метод, когда в схеме замещения учитываются лишь активные и индуктивные сопротивления.

На схемах рис. 12.1 показаны все точки, в которых при проектировании необходимо рассчитать токи короткого замыкания следующих выводов:

1. в точках К1.1; К 1.2 - (на шинах 10кВ проектируемых ТП) ток трехфазного к.з. для выбора и проверки разъединителя, предохранителя и другого оборудования на стороне 10кВ ТП 10/0,4кВ
2. в точках К2.1…К2.3 (на выходных зажимах автоматических выключателей отходящих линий 0,38кВ проектируемых ТП10/0,4кВ) - ток однофазного к.з. для проверки на чувствительность предохранителей 10кВ проектируемого ТП к однофазным к.з. на шинах 0,4кВ: - токи трехфазных к.з. для выбора и проверки рубильника, трансформатора тока, автоматических выключателей и другого оборудования РУ 0,4кВ.
3. в точках КЗ. 1...К3.3 (в самых удаленных точках каждой из отходящих линий 0,38кВ) - токи однофазного или двухфазного к.з. для проверки на чувствительность выключателей /или других защитных аппаратов/ отходящих линий 0,38кВ к этому виду к.з.

Расчетная схема приведена на рисунке 12.1

Рисунок 11.1 - Расчетная схема токов КЗ

Расчет токов короткого замыкания можно вести двумя методами: методом относительных единиц и методом именованных единиц.

Расчет будем производить методом именованных единиц.

Рассчитаем активное сопротивление линии ВЛ 10 кВ по формуле:

(11.1)

Рассчитаем индуктивное сопротивление линии ВЛ 10 кВ по формуле:

(11.2)

Активное и индуктивное сопротивления трансформатора:

(11.3)

(11.4)

(11.5)

(11.6)

Расчет активного и реактивного сопротивлений линии:

(11.7)

(11.8)

(11.9)

(11.10)

Рассчитаем сопротивление линии 1 ТП5 ВЛ 0,38 кВ по формуле:

Рассчитаем токи к.з. в точках К1.1, К1.2 и К1.3

(11.11)

где: UБ1 - базовое напряжение (10 кВ)

Рассчитаем токи КЗ в точке К2.1:

Рассчитаем токи к.з. в точке К3.1

• Таблица 11.1 - Расчет токов однофазного короткого замыкания

№ ТПRт1, ОмXт1, ОмRт0, ОмXт0, ОмRлин1, ОмXлин1, ОмRлин0, ОмXлин0, ОмIкз(1), кАТП5 Л10,0360,0660,360,460,3950,2480,6010,580,394ТП5 Л20,0360,0660,360,460,0670,0960,3840,4810,816ТП5 Л30,0360,0660,360,460,1490,1420,4380,5110,640ТП6 Л10,10,1040,590,730,2210,1820,6990,7770,430ТП6 Л20,10,1040,590,730,2520,2060,7190,7920,404ТП7 Л10,10,1040,590,730,1020,1460,6200,7530,521ТП7 Л20,10,1040,590,730,2960,2180,7490,8000,380ТП8 Л10,10,1040,590,730,0800,1240,6050,7380,555

12. Выбор и проверка аппаратуры трансформаторных пунктов 10/0,4 кВ

• На ТП необходимо выбрать:
• Со стороны 10 кВ: разъединитель, предохранитель, разрядник;
• Со стороны 0,4 кВ: рубильники, трансформаторы тока, автоматические выключатели отходящих линий.

• 12.1 Выбор аппаратуры для стороны 10 кВ

• Разъединители
• Условия выбора разъединителей:

Uн Uс

Iн Iр;(12.1.1)

• где Uн - номинальное напряжение разъединителя;
• Uс - номинальное напряжение сети;
• Iн, Iр - номинальный и расчётный ток.
• При выборе разъединителя необходимо проверить его на:
• - динамическую прочность,
• - термическую стойкость
• Для выбора разъединителей необходимо рассчитать рабочие токи линий по формуле:

, А,(12.1.2)

• где SН - номинальная мощность ТП, кВА;
• UН - номинальное напряжение линии UН =10 кВ.
• Определим рабочие токи для ТП5, ТП6, ТП7, ТП8:

Для всех ТП выбираем разъединители для наружной установки РЛНДА-10/200.

Проверяем разъединитель на динамическую устойчивость.

Значение расчётного ударного тока определяется по формуле:уд - ударный коэффициент, kуд =1.

Проверка на динамическую устойчивость Iн.дин ? iуд:

(12.1.3)

,уд1= iуд2= kуд×Ö2×I(3)К1.1 (12.1.4)

где kуд=1;

уд1= iуд2= 1×Ö2×183=259 А

кА ? 259А

Проверка на термическую стойкость:

I2нт ×tнт >= I2× tп (12.1.5)

где: Iнт - номинальный ток термической стойкости (5кА);нт - предельное время действия тока короткого замыкания (10сек.);=139,2 А - расчетное значение тока трехфазного короткого замыкания;п - время короткого замыкания (1 сек.).

×10 › 0,259

› 0,259

Так как все условия выполняются, то разъединитель РЛНДА-10/200 подходит.

Все условия выполняются, следовательно, разъединители подходят.

Плавкие предохранители 10 кВ выбираются по следующим условиям:

н.пр IР (12.1.6)

где Uн.пр - номинальное напряжение предохранителя, В;н.пр - номинальный ток предохранителя, А;Р - рабочий ток ТП, А;о пр - предельный отключаемый ток, А;в - номинальные токи вставок, А;нв - номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А.

Результаты выбора предохранителей сведём в таблицу 12.1

Таблица 12.1- Выбор предохранителей 10 кВ

№ТПМаркаUн, ВUс, ВIнпр, АIр, АIо.пр, АIв, АТП5ПК1-10У3101086,48207,5ТП6ПК1-10У3101085,71207,5ТП7ПК1-10У3101084,13205ТП8ПК1-10У3101085,77207,5Выбор разрядников

• Разрядники аппараты, служащие для защиты от перенапряжения, разрушающе воздействующих на изоляцию электроустановок. Разрядники выбирают по номинальному напряжению Uн, и конструктивному исполнению.
• Для ТП5, ТП6, ТП7, ТП8 выбираем вентильные разрядники РТВ-10:
• Uн =10 кВ; Iн =2 кА; Iверх =10 кА.

• 12.2 Выбор аппаратуры со стороны 0,4 кВ

• Выбор рубильников
• Определим рабочие токи линий

, А,(12.2.1)

• где Sрл - расчётная мощность линии, кВА;
• Uн - номинальное напряжение линии (0,4 кВ).

Рубильники проверяют по следующим условиям:

Uн ?Uс; Iн ?Iр;

• где Uн - номинальное напряжение рубильника, В;
• Iн - номинальный ток рубильника, А;
• Uс - номинальное напряжение сети, В;
• Iр - максимальный рабочий ток линии, А.
• Результаты выбора рубильников сведём в таблицу 12.2
• Таблица 12.2 - Результаты выбора рубильников

№ТПМаркаUн, ВUс, ВIн, АIр, АТП5Р-4 У-1660400200162,1ТП6Р-4 У-2660400150142,7ТП7Р-4 У-3660400150103,1ТП8Р-4 У-4660400150144,3

• Выбор трансформаторов тока.
• Класс точности трансформаторов тока - 0,5.
• Для всех ТП выбираем трансформатор тока типа ТК-20, у которого: Uн=660В, Iн=5…1000А, класс точности 0,5.
• Для ТП5 Iн =200/5 А;
• Для ТП6 Iн =150/5 А;
• Для ТП7 Iн =150/5 А;
• Для ТП8 Iн =150/5 А;

• Автоматические выключатели.
• Автоматические выключатели - предназначены для защиты электрических установок до 1кВ от КЗ и перегрузок. С учетом рекомендаций /5/ выбор автоматов производится по следующим условиям:
• Uн.а > Uc
• Iн.а > Iл max;
• Iн.т.р > 1,1 (Iл.mах+0,4 Iпуск);
• Iн.эм > 1,2(Iл.mах+? Iпуск);

-Iпред.о > I(3)кз;

Где Iл.mах -максимальный рабочий ток защищаемой линии, Ан.а -номинальное напряжение автоматического выключателя, В-номинальное напряжение сети, Вн.а -номинальный ток автомата, Ан.т.р -ток срабатывания теплового расцепителя автомата, Апуск -пусковой ток наибольшего электродвигателя, Ан.эм -ток срабатывания электромагнитного расцепителя автомата, Апред.о -предельный отключаемый ток автомата, А

Проверка автоматических выключателей осуществляется при помощи коэффициента чувствительности.

Максимальный ток линии рассчитывается по формуле:

где: Sртп - расчетная мощность линии ТП, кВА;Н - номинальное напряжение линии (0,38кВ).

Для линии Л1 трансформатора ТП5 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 51-32-22, с IR=80 A, IСП=13 кА, IНА= 160 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,02 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л2 трансформатора ТП5 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 51-32-22, с IR=100 A, IСП=12,5 кА, IНА= 160 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,02 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л3 трансформатора ТП5 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по

условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 21-29-3, с IR=63 A, IСП=6 кА, IНА= 63 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л1 трансформатора ТП6 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 21-29-3, с IR=63, A, IСП=6 кА, IНА= 63 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л2 трансформатора ТП6 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 21-29-3, с IR=63A, IСП=6 кА, IНА= 63 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л3 трансформатора ТП6 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 51-32-22, с IR=100 A, IСП=12,5 кА, IНА= 160 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,02 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л1 трансформатора ТП7 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 51-32-22, с IR=100 A, IСП=12,5 кА, IНА= 160 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л2 трансформатора ТП7 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 21-29-3, с IR=25 A, IСП=6 кА, IНА= 63 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л3 трансформатора ТП7 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 21-29-3, с IR=31,5 A, IСП=6 кА, IНА= 63 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

Для линии Л1 трансформатора ТП8 рабочий ток, при равен:

Определим ток уставки расцепителя перегрузки по условию:

где: Iр - рабочий ток;

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 51-35-34, с IR=160 A, IСП=12,5 кА, IНА= 160 A,

Кратность тока равна. По рисунку 9.21 /10/ определим время срабатывания t=0,02 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

.3 Проверка аппаратуры на селективность

Необходимо согласовать время отключения автоматического выключателя отходящей линии с предохранителем на стороне 10кВ.

Принимаем ток однофазного КЗ , в точке К3.10

По рис. п.9.44 /10/ время отключения автоматического выключателя ВА 51-35-34, с IR=160 A, IСП=12,5 кА, IНА= 160 A, составляет t=0,02 сек.

По рис. п.4.19 /10/ время отключения предохранителя ПК1-10У3, с параметрами Uпр=10кВ, Iв= 7,5 А, составляет t=0,2 сек.

Следовательно, условие селективности выполняется.

Рисунок 12.1 - Карта селективности выбранных устройств защиты ТП8 Л1

Вывод

При проектировании сельскохозяйственного электроснабжения населенного пункта, были определены мощности на вводах потребителей, выбраны два трансформаторных пункта, а также выбраны места их установки.

Определены сечения проводов в линиях 0,38 кВ и 10 кВ, произведена трассировка сетей 0,38 кВ. После необходимых проверок и расчетов, был произведён расчет аппаратуры управления и защиты. А также были оценены потери напряжения у потребителя и падение напряжения в сети при запуске мощного электродвигателя.

Литература

1. Юндин М.А., Королев А.М. "Курсовое и дипломное проектирование по электроснабжению сельского хозяйства".
2. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства. - М.: Сельэнергопроект, 1981, №11. - 109 с.
3. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства. - М.: Сельэнергопроект, 1972, №10. - 40 с.
4. Блок В.М. Пособие к курсовому и дипломному проектированию. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 383 с.
5. Будзко И.А., Зуль Н.М. Электроснабжение сельского хозяйства. - М: Агропромиздат, 1990. - 496 с.
6. Кравчик А.З. Асинхронные электродвигатели серии 4А. Справочник. - М: Энергоатомиздат, 1982. - 504 с.
7. Будзко И.А., Лещинская Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства. - М: Колос, 2000. - 536 .
8. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т./под общей ред. А.А. Фёдорова. Т. 2. Электрооборудование. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 592 с.; ил.
9. Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.
10. Юндин М.А. Токовые защиты электрооборудования / Учебное пособие. - Зерноград: РИО ФГОУ ВПО АЧГАА, 2004. - 212 с.

Больше работ по теме: