Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ
Институт управления в энергетике
Кафедра менеджмента в международном топливно-энергетическом бизнесе
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
по дисциплине
«Технология передачи и распределения электроэнергии»
для студентов специальности
«Менеджмент организации» - 061100
специализации
«Управление в энергетике» - 061102
Москва – 2004 г.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ
Институт управления в энергетике
Кафедра менеджмента в международном топливно-энергетическом бизнесе
Утверждаю
Первый проректор ГУУ
_____________________
проф. Ю. Л. Старостин
«____»_____________2004 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
по дисциплине
«Технология передачи и распределения электроэнергии»
для студентов специальности
«Менеджмент организации» - 061100
специализации
«Управление в энергетике» - 061102
Москва – 2004 г.
УДК 621.31(072)
Брдлик М.Р. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Технология передачи и распределения электроэнергии», ГУУ, М., 2004. с.
СОСТАВИТЕЛЬ
ст. преподаватель
М.Р. Брдлик
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
заведующий кафедрой менеджмента в международном
топливно-энергетическом бизнесе,
доктор экономических наук, профессор
П.В. ГОРЮНОВ
РЕЦЕНЗЕНТ
доцент кафедры управления в энергетике
Института управления в энергетике
кандидат экономических наук, доцент
В.Н. Фомина
ВВЕДЕНИЕ
Для студентов специальности «Менеджмент организации» специализации «Управление в энергетике» – 061102 учебным планом предусматривается выполнение курсового проекта по дисциплине «Технология передачи и распределения электроэнергии». Основная цель курсового проектирования заключается в приобретении студентами навыков самостоятельной работы со специальной технической и научной литературой, в изучении технологических основ производства и передачи электроэнергии и анализе технико-экономических расчетов при выборе оптимальных решений.
Курсовой проект выполняется студентами дневного отделения в 3-м семестре, студентами вечернего отделения – в 6-м. Задание на курсовой проект выдается в начале семестра. В связи с недостатком в настоящее время учебной литературы по данной дисциплине для студентов указанной специализации в предлагаемых «методических указаниях к курсовому проектированию» подробно излагаются методы построения графиков нагрузок, технико-экономических расчетов при выборе трансформаторов, методика расчета токов К.З. и выбора основных коммутационных аппаратов, и выбора марки и сечения проводов питающих и распределительных линий.
Необходимые справочные материалы приводятся в приложении к методическим указаниям.
Содержание, объем и оформление курсового проекта.
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.
В расчетно-пояснительную записку входят:
Задание на проект
Расчет электрических нагрузок и построение графиков нагрузки
Технико-экономические расчеты по выбору числа и мощности трансформаторов
Расчет токов К.З. и выбор электрических аппаратов
Выбор сечения питающих и распределительных линий
Составление сметных соображений на проектируемый объект по укрупненным показателям
Выполненный курсовой проект представляется на проверку руководителю, после доработки проекта в соответствии с замечаниями руководителя, проект допускается к защите.
1. Методические указания к построению графиков нагрузки понизительной подстанции
Графики нагрузок строятся в прямоугольной системе координат: по оси ординат откладывается активная мощность P, MВт; по оси абсцисс – время в часах.
Для упрощения построения во всех вариантах не учитывается осветительная нагрузка и потери мощности в трансформаторах.
Исходные данные для построения графиков принять из приложения №1, таблица №1 и таблица №2.
Суточная нагрузка промышленного предприятия условно принимается одинаковой для зимы и лета. На основе построенных графиков нагрузки следует определить:
А) Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки ᄉ ᄃ (1)
Б) Продолжительность использования максимальной нагрузки ᄉ ᄃ (2)
Для облегчения построения графиков рекомендуется составить таблицы:
Таблица №1
Для суточных графиков
Часы сутокНагрузкаПотребленная электроэнергия, Э КВтч% от PмаксP, КВт0 – 8
8 – 12
…..
Таблица №2
Для годового графика
№ п/пНагрузка из суточного графика P, КВтПродолжительность нагрузки в году, чПотребленная электроэнергия, Э КВтчЧисло дней в году для расчета принять 365.
Выбор числа и мощности трансформаторов для главной понизительной подстанции (ГПП).
Исходными данными для определения номинальной мощности трансформатора является максимальная нагрузка потребителей в мегавольт – амперах (МВА). Технические данные трансформаторов приведены в приложении 2, таблица 1.
Нагрузочная способность трансформаторов
В условиях эксплуатации трансформаторы выдерживают аварийные и систематические перегрузки. Например, в аварийной ситуации при выходе из строя одного из трансформаторов с масляным охлаждением оставшийся в работе трансформатор допускает перегрузку на 40% сверх номинальной мощности. Такая перегрузка разрешается не более 5-ти суток при максимуме нагрузки не более 6-ти часов в сутки при условии, что коэффициент заполнения суточного графика нагрузки ᄉ ᄃ.
Окончательный выбор мощности трансформатора проводят на основании расчета экономической эффективности, определяя совокупные затраты для двух вариантов различной мощности с учетом постоянных и переменных составляющих эксплуатационных издержек.
б. Определение потерь мощности и энергии в трансформаторах.
Потери активной мощности в работающем трансформаторе равны:
ᄉ ᄃ, |КВт| (3)
где ∆Рxx – потери активной мощности в режиме холостого хода или потери в стали сердечника;
∆Рк.з. – потери активной мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке (из опыта короткого замыкания);
Значение ∆Рxx и ∆Рк.з. принимаются из приложения 2, таблица №1
β – коэффициент нагрузки трансформатора.
ᄉ ᄃ, (4)
где Sном – номинальная мощность трансформатора (п.2; т.1);
Sнагр. – нагрузка трансформатора из графика нагрузки.
При работе 2-х трансформаторов суммарные потери определяются по формуле:
ᄉ ᄃ |КВт| (5)
В зависимости от соотношения потерь
∆Pxx и ∆Pк.з. при различной нагрузке
потребителя режим работы одного
трансформатора на двухтрансформаторной
подстанции может оказаться выгоднее,
чем двух. Значение мощности, при которой
потери в одном и двух трансформаторах
будут равны, называется критической
мощностью Sкр. Аналитически ее можно
определить по
выраж
Ă
橢橢㋏㋏
, (14)
где - сверхпереходная ЭДС генератора мощностью до 100 МВт равна 1,08
(15)
Точка К-2. Ток К.З. в точке К-2 также будет складываться из тока, поступающего от системы и ТЭЦ с учетом сопротивления трансформаторов. Но так как генераторы ТЭЦ находятся за двумя ступенями трансформации, то периодическую составляющую можно определить по формуле (12), где .
Таблица №3
Основные формулы для приведения
сопротивлений к базисным условиям.
Sбаз = 100 МВА
№ п/п |
Элементы схемы |
Исходный параметр |
Сопротивление Х* в относительных единицах |
1 |
Генератор |
Sном. ген. |
|
2 |
Система |
Sк.з. на шинах системы |
|
3 |
Трансформатор |
Sном. тр. Ик.з. % |
|
4 |
ЛЭП |
Иср.; Х0; ом/км; l км |
, где n – число цепей |
Расчет токов К.З. рекомендуется произвести для параллельной и раздельной работы трансформаторов на подстанции.
Результаты расчетов следует свести в таблицу:
Источник питания |
I'', КА |
iу, КА |
||||
К-1 |
К-2 |
К-1 |
К-2 |
|||
Параллельная работа |
Раздельная работа |
Параллельная работа |
Раздельная работа |
|||
Система |
|
|
|
|
|
|
ТЭЦ |
|
|
|
|
|
|
Результирующий ток К.З. |
|
|
|
|
|
|
-
Выбор и проверка электрических аппаратов.
Аппаратура высокого напряжения выбирается с учетом:
– номинального напряжения;
– допустимого тока по нагреву;
– роду установки (внутри или вне помещений).
Выбранные по номинальным параметрам аппараты должны обязательно проверяться на действие токов К.З.
При выборе по номинальным параметрам должны соблюдаться следующие условия:
-
Uраб. уст. ≤ Uном. ап. (из паспорта)
-
Iраб. max ≤ Iном. ап. (из паспорта)
В режиме К.З. проводится проверка аппаратов:
а) по отключающей способности (выключатели и высоковольтные предохранители);
б) по электродинамической устойчивости;
в) по термической устойчивости.
Допускается не проверять на термическую устойчивость аппараты в цепях генераторов и главных трансформаторов, если обеспечена их электродинамическая устойчивость.
Проверка отключающей способности выключателя.
Отключающая способность выключателей нормируется следующими параметрами:
-
номинальным током отключения Iном;
-
номинальным относительным содержанием апериодической составляющей тока К.З. – βн..
Номинальный ток отключения относится к моменту размыкания контактов выключателя:
,
где – минимальное время действия защиты (0,01 с для диф. защиты и 0,5 с для МТЗ).
– собственное время отключения выключателя (из паспорта выключателя).
Значение βн для практических расчетов принять в зависимости от tоткл из таблицы.
tоткл, с |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,1 |
более 0,1 |
βном |
0,35 |
0,26 |
0,2 |
0,16 |
0,13 |
0,1 |
0,0 |
По полученному ранее расчетному значению периодической составляющей тока К.З. Int находим апериодическую составляющую iat по выражению:
, (16)
где – коэффициент затухания апериодической составляющей принять для удаленной точки К.З. равным 0,14.
Способность выключателя отключить полный ток К.З. с учетом апериодической составляющей проверяется соотношением:
(17)
Электродинамическая устойчивость аппаратов определяется неравенством:
,
где ; принять 1,8. (18)
Термическую устойчивость аппарата завод характеризует номинальным током термической устойчивости , значения которого указаны в паспорте аппарата.
Термическая устойчивость проверяется по тепловому импульсу тока К.З. Вк.
Аппарат считается термически устойчивым, если соблюдается условие:
(19).
Если принять периодический ток К.З. незатухающим, то тепловой импульс определяется по выражению:
|А2*с| (20)
Минимальное сечение кабелей по условию термической устойчивости определяется по выражению:
, |мм2| (21)
где для кабеля с алюминиевыми жилами.
Выбор схемы и сечения кабелей местной сети.
Исходными данными для выбора схемы заводской сети и сечения кабелей являются число и мощность цеховых распределительных подстанций (РП).
Наиболее распространенные схемы приведены на рис. 4. В этих схемах в случае отключения одного из питающих кабелей вся нагрузка подстанции переходит на оставшийся в работе кабель.
Рисунок 4.
Для цеховых подстанций с нагрузкой 6000 КВт и более ток нагрузки получается больше, чем допустимый по условиям нагрева для предельного стандартного сечения. В связи в этим каждая линия выполняется из двух кабелей.
Сечение кабеля выбирается по трем критериям:
-
Выбор сечения по экономической плотности тока. Сечение кабеля по экономической плотности тока определяется по формуле (22) из условия нормального режим работы.
, |мм2| (22)
где Imax – максимальный ток нагрузки цеховой подстанции;
n – число параллельно работающих кабельных линий;
jэк – экономическая плотность тока |А2/мм2|, принимаемая в зависимости от Tmax по таблице 4, приложение 2.
Полученное по расчету сечение округляют до ближайшего стандартного по таблице 3 приложения 2.
-
Выбранное по экономической плотности тока проверяется по условиям длительного нагрева в аварийном режиме, когда отключается одна из питающих линий.
, (23)
где 1,3 – коэффициент учитывающий допустимую перегрузку кабеля;
Кп – коэффициент прокладки, учитывающий прокладку в траншее несколько лежащих рядом кабелей.
-
Минимальное сечение кабеля по условию термической устойчивости определяется по формуле (21). Для определения теплового импульса тока К.З. принять время защиты 1с, время отключения выключателя – 0,12 с.