3032

3032	МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
	ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛОКОМОТИВНОГО ДЕПО

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению расчётно-графической и контрольной работы

по дисциплине «Основы электроснабжения предприятий транспорта» для студентов специальности

190401.65 «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения

Составитель: О.Н. Козменков

Самара

2012

1

УДК 621.38 (075.8)

Проектирование и расчёт системы электроснабжения локомотивного депо : методические указания к выполнению расчётно-графической и контрольной работы по дисциплине «Основы электроснабжения предприятий транспорта» для студентов специальности 190401.65 «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения [Текст] / составитель О.Н. Козменков. – Самара : СамГУПС, 2012. – 22 с.

Утверждены на заседании кафедры 05.04.2012 г., протокол № 13. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Приведены методические указания к выполнению расчетно-графической и контрольной работы для студентов по рассматриваемой дисциплине.

В методических указаниях содержатся основные сведения о расчетах нагрузок локомотивного депо и оптимального выбора трансформатора(ов), вопросы экономической эффективности применения выбранных средств электроснабжения, а также пример расчета электрических нагрузок локомотивного депо с применением ЭВМ.

Составитель: Козменков Олег Николаевич

Рецензенты: к.т.н., профессор СамГУПС Л.С. Лабунский; д.т.н., профессор СамГУПС В.А. Загорский

Редактор И.М. Егорова Компьютерная верстка: Е.А. Ковалева

Подписано в печать 09.06.2012. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,38. Тираж 100 экз. Заказ 167.

♥ Самарский государственный университет путей сообщения, 2012

2

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Основы электроснабжения предприятий транспорта» ставит следующие цели: закрепление и расширение теоретических знаний по специальности и применение их при решении конкретных инженернотехнических и организационно-экономических задач в практике проектирования; развитие творческого мышления студентов и навыков их самостоятельной работы; овладение методикой инженерно-технических и экономических расчетов при проектировании системы внутрицехового электроснабжения.

При выполнении работы над проектом студенты используют теоретические сведения, справочные материалы, необходимые для решения вопросов проектирования, закрепляют и совершенствуют навыки решения основных задач проектирования по выбору напряжения распределительной электрической сети, разработке схемы электроснабжения, расчету нагрузок, выбору элементов электрической сети, защитной и коммутационной аппаратуры, осветительных и заземляющих устройств.

В условиях бурного развития новейших технологий, требующих если не непосредственного использования электроэнергии, то использования ее для контроля и управления технологическими процессами, неизбежен рост потребления электроэнергии всеми нетяговыми потребителями железнодорожного транспорта.

При необходимости обеспечения роста объемов производства в сфере ремонтно-механических работ возникает ряд задач, непосредственно связанных с энергоснабжением нетяговых железнодорожных потребителей. Одной из таких задач является качественное и бесперебойное снабжение электроэнергией. Ее решением может послужить проектирование и модернизация современных линий электроснабжения и понижающих подстанций.

Система электроснабжения является сложным производственным объектом, все единицы которой участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого является быстротечность процессов и неизбежность повреждений аварийного характера.

Целью данной работы является проектирование и расчет электрических нагрузок и выбор трансформатора для локомотивного депо. При проектировании решаются задачи, которые заключаются в определении расчетных электрических нагрузок и правильном выборе числа и мощности трансформаторов. Для выбора элементов системы производится расчет среднесменных электрических нагрузок, отклонения напряжения, пикового значения тока и тока короткого замыкания, рассматриваются вопросы установки компенсирующих устройств и экономической эффективности применяемого оборудования.

3

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ И КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Пояснительную записку к расчетно-графической и контрольной работе следует выполнить на писчей бумаге формата А4 (210×297мм). Поля слева – не менее 30 мм. Все листы должны быть скреплены и пронумерованы.

2.Первый лист пояснительной записки является титульным и должен быть оформлен строго в соответствии с образцом, представленным в Приложении.

3.В пояснительной записке должно быть полно и четко сформулировано условие задачи со всеми числовыми значениями для своего варианта. Решение должно сопровождаться пояснением всех выполняемых действий. Если в процессе решения выполняются какие-либо вычислительные операции, то их следует записывать в следующем порядке: сначала формула, затем подстановка числовых значений величин, входящих в формулу, без каких-либо преобразований, затем – промежуточные вычисления и результат с указанием единиц измерения. При решении задач необходимо использовать Международную систему единиц СИ. При оформлении пояснительной записки следует строго придерживаться обозначений переменных величин, принятых в данных методических указаниях. Прописные буквы должны четко отличаться от строчных, греческие и латинские – от русских.

4.Все графики должны быть выполнены с обязательным соблюдением требований соответствующих ГОСТов и масштаба (рекомендуется – на миллиметровой бумаге, хотя это и не обязательно, размер рисунка должен быть не менее 100х100 мм). Выполнять все графические иллюстрации (графики, схемы, рисунки) следует карандашом, указывая в подрисуночной подписи номер

иназвание. В тексте задачи должна быть ссылка на номер рисунка.

5.Если расчетные действия выполняются с помощью ЭВМ, тогда в конце расчетно-графической или контрольной работы необходимо сделать приложение такого расчета.

6.В конце расчетно-графической или контрольной работы следует привести список литературы, реально использованной при решении задачи. Список должен быть оформлен в соответствии с принятыми правилами. Примером оформления может служить библиографический список, представленный в конце данных методических указаний. После списка литературы должны быть поставлены подпись студента и дата.

7.Контрольные и расчетно-графические работы, выполненные не по своему варианту или оформленные небрежно и с большими отклонениями от приведенных выше рекомендаций, не рецензируются и возвращаются студентам.

4

8.Контрольные и расчетно-графические работы, выполненные правильно или с небольшим количеством несущественных ошибок, допускаются к собеседованию. Собеседование проводится по материалам контрольной работы

итеории. Для самоконтроля студентам рекомендуется воспользоваться контрольными вопросами.

9.Контрольная или расчетно-графическая работа, не допущенная к собеседованию из-за наличия ошибок, должна быть исправлена и представлена на повторное рецензирование. Все исправления должны быть выполнены в конце пояснительной записки на дополнительных листах того же формата. Вносить исправления в отрецензированный текст, а тем более заменять его на исправленный, не разрешается!

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Исходные данные для расчета выбираются по двум последним цифрам студенческого билета или шифра. Если расчет выполняется на ЭВМ, тогда исходные данные выдаются программой. Если расчет выполняется вручную, исходные данные берутся из таблиц 1, 2, 3.

Показатели электрических нагрузок электроприемников выбирать из таблицы 1 приложения. Данные о трансформаторах и компенсирующих устройствах берутся из таблиц 2 и 3 приложения соответственно.

Таблица 1

Исходные данные для расчета, выполняемого без помощи ЭВМ

Послед-			Наименование электроприемников (ЭП)
ние
	Металло-	Краны		Перенос.	Печи	Шкафы	Вентиля-		Компрес-	Пло-
цифры
	режущие			электро-	сопро-	сушиль-	торы		соры	щадь,
студен-
	станки			инстру-	тивле-	ные				м2
ческого				мент	ния
билета
		Число и мощность одного электроприемника, кВт
00–10	10×5	3×3		10×0,5	5×10	3×15	10×3		3×60	70×20
11–20	12×5	2×3		16×0,5	4×10	4×15	12×3		2×60	83×20
21–30	14×5	3×3		14×0,5	3×10	5×15	13×3		1×60	79×20
31–40	16×5	2×3		12×0,5	5×10	6×15	14×3		3×60	85×25
41–55	18×5	3×3		6×0,5	4×10	5×15	15×3		2×60	90×25
56–60	20×5	2×3		7×0,5	3×10	4×15	14×3		4×60	80×30
61–75	22×5	3×3		8×0,5	5×10	3×15	13×3		3×60	70×33
76–85	24×5	2×3		9×0,5	4×10	4×15	12×3		2×60	98×33
86–99	26×5	3×3		10×0,5	3×10	5×15	10×3		1×60	68×30
					5

Таблица 2

Расчетные активные мощности цехов предприятия

Вари							Активные мощности цехов Рmax, кВт
ант
	1	2	3	4	5	6		7	8	9	10	11	12	13	14	15
00-10	500	300	950	400	250	200		150	300	–	400	450	350	300	150	200
11-20	550	350	900	450	300	250		200	350	–	450	500	400	350	200	250
21-30	450	250	850	350	200	150		100	250	–	350	40	300	250	100	150
31-40	600	400	900	500	350	300		250	400	–	500	550	450	400	250	300
41-55	400	450	850	300	150	200		200	350	–	450	300	150	200	200	250
56-60	450	500	900	350	200	250		150	400	–	500	350	200	250	150	250
61-75	350	400	850	250	100	150		250	250	–	350	250	100	150	250	150
76-85	500	550	950	400	250	300		200	200	–	400	400	250	300	200	250
86-99	400	250	900	150	300	250		400	450	–	300	150	200	350	300	150

Таблица 3

Расчетные реактивные мощности, цехов предприятия

Вари						Реактивные мощности цехов Qmax, кВАр
ант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11		12		13	14	15
00-10	550	950	400	250	450	850	300	150	–	450		850	300		150	250	200
11-20	150	800	250	400	500	900	350	200	–	500		900	350		200	300	250
21-30	200	950	200	450	400	850	250	100	–	400	850		250		100	200	150
31-40	100	850	150	350	550	950	400	250	–	550	950		400		250	350	300
41-55	250	900	250	500	250	900	150	300	–	250	900		150		300	150	200
56-60	400	850	200	150	300	850	200	350	–	300	850		200		350	200	250
61-75	450	900	250	200	200	950	100	250	–	200		950	100		250	100	150
76-85	350	800	150	100	350	800	250	400	–	350		800	250		400	250	300
86-99	400	950	300	250	300	950	400	250	–	300	950		400		250	300	250

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛОКОМОТИВНОГО ДЕПО

Проектируется система электроснабжения механоремонтного цеха локомотивного депо. В состав цеха входят 2–5 отделений с общим числом электроприемников 50–100 единиц установленной мощности 200–500 кВт.

Электроприемники разбиваются на характерные группы в зависимости от коэффициента использования. Коэффициент максимума определяется с помощью эффективного числа электроприемников. Нагрузка от электрического освещения определяется предварительно методом удельной мощности на единицу площади.

Целью расчета является получение среднесменных расчетных активных и реактивных нагрузок, необходимых при выборе сечений высоковольтного кабеля, а также при расчете потерь и отклонения напряжения в сети депо.

6

При проектировании следует учесть следующие основные требования, предъявляемые к системам электроснабжения:

1.Система электроснабжения должна быть надежной, т. е. обеспечивать бесперебойность электроснабжения в соответствии с категорией электроприемников;

2.Система электроснабжения должна быть простой, удобной и безопасной в эксплуатации;

3.Система электроснабжения должна быть экономичной, т. е. соответствовать минимуму приведенных затрат на ее сооружение и эксплуатацию.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ

Расчет может производиться с применением ЭВМ или вручную. Для выполнения расчета на ЭВМ необходимо на диске D открыть папку «РГР ОЭПТ». В этой папке запустить файл KR ver 1.0.3. Далее необходимо выполнить действия, предусмотренные программой. Для выполнения расчетов вручную следуйте приведенной ниже методике.

1.Все электроприемники подразделяются на 2 группы:

-с коэффициентом использования <0,6;

-с коэффициентом использования >0,6.

Для приемников 1-й группы и 2-й группы отдельно определяются среднесменные активные и реактивные нагрузки, эффективное число электроприемников, коэффициенты максимума для активной и для реактивной мощности. Затем определяются суммарные расчетные нагрузки.

2. Среднесменная активная мощность электроприемников первой и второй группы определяется по формуле:

Р1,2	= n P K	и ,	(1)
см	n

где Рсм1,2 – среднесменная активная мощность;

Рп – номинальная мощность одного электроприемника; n – количество электроприемников;

Kи – коэффициент использования электроприемников первой и второй группы.

Номинальная мощность – это полезная мощность электроприемника, совершающая работу.

7

Для нагревательных электроприемников (печей сопротивления, сушильных шкафов, нагревательных приборов и др.) и электродвигателей длительного режима работы номинальная мощность, кВт, представляет паспортную мощность двигателя, обозначенную на заводской табличке:

Рном = Pn .	(2)
Для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная
мощность приводится к длительному режиму (ПВ = 1):
Рном = Pn ПВn ,	(3)

где ПВn – паспортная продолжительность включения, %.

Для электроприемников, заданных полной мощностью (сварочных машин и трансформаторов) номинальная мощность:

Рном = Sn cosϕn ПВn ,

(4)

где Sn, cos ϕn – соответственно паспортная мощность трансформатора (кВА) и

паспортные значения cosϕ .

3.	Среднесменная реактивная мощность электроприемников первой и
второй группы определяется по формуле:
	Qсм1,2	= Pсм tgϕ ,			(5)
где Qсм1	– среднесменная активная мощность;
tgϕ – определяется по таблице 2 приложения.
4.	Суммарные среднесменные нагрузки для первой и второй группы
определяются по формуле:
	Рс1,2	= ∑Рсм1,2 ;			(6)
	Qс1,2	= ∑Qсм1,2 .			(7)
5.	Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования:
	1,2	=	Р1,2
	Kи.ср		с
				,	(8)
			∑Рn
		8

где Рn – номинальная (установленная) мощность электроприемников первой или второй группы.

Коэффициенты использования Ки одного или группы приемников характеризуют использование активной мощности и представляют собой отношение средней активной мощности одного или группы Рсм приемников за наиболее нагруженную смену к номинальной мощности Рном:

Kи =	Pсм	.	(9)
	Pном

Для электроприемников одного режима работы значения индивидуального и группового Ки совпадают.

Для группы электроприемников с разными режимами работы групповой коэффициент использования:

		n
Kи	=	∑ Рсм
		1	.	(10)
		п
		∑ Рном
	1

Средние значения коэффициентов использования Ки и мощности cos ϕ

для приемников электроэнергии разных режимов работы приведены в таблице 2 приложения.

6. Эффективным (приведенным) числом электроприемников nэ, на-

зывается такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает ту же величину расчетного максимума Ртах, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

Для первой группы определяется эффективное число электроприемников:

		n	2
		∑Pном
nэф =		1
				(11)
		n
		∑Pном2
		1

7. Кроме средних нагрузок для проектируемых электрических сетей и установок, необходимо знать максимальные нагрузки для выбора электрических сетей по нагреву.

Для перехода от средней нагрузки к максимальной служит коэффициент максимума, представляющий собой отношение расчетного максимума активной

9

нагрузки группы электроприемников к средней нагрузке за наиболее нагруженную смену:

Kmax	=	Рmax	.	(12)
		Pсм

Для расчета максимальной нагрузки группы электроприемников при разработке технических и рабочих проектов электроснабжения в настоящее время основным является метод упорядоченных диаграмм. По этому методу расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников, кВт:

Pmax = Kmax Рсм .

(13)

Групповая номинальная мощность определяется как сумма номинальных мощностей электроприемников, за исключением резервных.

Коэффициент максимума активной мощности Ктах определяется по справочным таблицам или по диаграмме, приведенной на рис. 1, в зависимости от величины группового коэффициента использования КИ, найденного по формуле (10), и эффективного числа электроприемников группы nэ, формула (11).

Рис. 1. Зависимости Ки, Кmax от значения nэф

Для электроприемников первой группы определяются расчетные нагрузки:

Р1,2	= K	м	Р1,2	;	(14)
р			с
Q1,2р	= Kм Qс1,2 ,				(15)

где Kм – коэффициенты максимума для активной мощности и для реактивной.

10