Министерство науки и образования РФ
Омский Государственный Технический Университет
Нижневартовский филиал
Контрольная работа по дисциплине:
«Электротехнические комплексы и системы»
Тема: «Расчет кабельной линии установки электроприводного
центробежного насоса (ЭЦН) для добычи нефти»
Вариант 16.
Выполнил: студент 5 курса, гр. ЗЭЭ-512
Платицын О.Ю.
Проверил: Кузнецов Е.М.
Нижневартовск 2007
Задание.
Рассчитать кабельную линию установки электроприводного центро-бежного насоса (ЭЦН) для откачки нефти.
Исходные данные:
– длина кабельной линии, l = 880 м;
– температура пластовой жидкости, Т = 75˚С;
– номинальная мощность электродвигателя установки ЭЦН, Рп.д = 45 кВт;
– номинальное напряжение электродвигателя, Uд.н = 1400 В;
– коэффициент мощности электродвигателя, cosφ = 0,86;
– коэффициент полезного действия электродвигателя, η = 84,5 %;
– внутренний диаметр обсадной колонны скважины, Dвн.об = 144 мм;
– диаметр корпуса электродвигателя, Dк = 103 мм.
1. Выбор сечения токопроводящей жилы и марки кабеля.
Выбор сечения кабельной жилы производим с учетом механических характеристик, условий нагрева в нормальном и послеаварийном режимах, допустимых потерь напряжения и мощности в нормальном режиме, механи-ческой прочности и термической устойчивости к токам короткого замыкания. Из всех значений, полученных условий, выбирается наибольшее сечение.
Сечение жил выбираем таким образом, чтобы они соответствовали минимальным приведенным годовым затратам на эксплуатацию кабельной линии, которые в существенной степени определяются потерями энергии в линии. При упрощенном подходе это требование сводится к применению нормативной экономической плотности тока и определению расчетного экономического сечения токопроводящей жилы Sэк по формуле:
(1)
где Iм.р – максимальный расчетный ток в кабельной линии при нормальном режиме работы;
jэк – экономическая плотность тока, А/мм2, принимается на основе опыта эксплуатации.
Для упрощения расчетов принимаем режим работы электродвигателя номинальным. Тогда величина тока Iм.р определяется из выражения:
(2)
где Рном, Qном, Sном – активная, реактивная и полная мощности, потреб-ляемая ЭЦН из промысловой сети.
(3)
где Рп.д – необходимая мощность на валу приводного электродвигателя, потребляемая центробежным насосом;
η – КПД электродвигателя.
Для выбора значения jэк необходимо знать материал токопроводящей жилы (медь) и величину времени использования максимальной (номиналь-ной) нагрузки Тм кабельной линии за год (в часах). Тогда экономическую плотность тока можно определить из аналитической формулы:
(4)
где j(эк)0 – нулевая экономическая плотность тока при Тм = 0, либо най-ти в нормативной таблице j(эк) = F(Тм). Будем считать, что для установок с ЭЦН Тм составляет более 5000 часов. Величина j(эк)0 для кабеля с резиновой и пластмассовой изоляцией и медными жилами составляет 3,9 А/мм2. Тогда аналитическое значение плотности тока:
Значение экономической плотности тока для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными жилами при Тм более 5000 часов составляет 2,7 А/мм2. Учитывая сложные условия эксплуатации кабельной линии в установках ЭЦН для добычи нефти принимаем j(эк) = 2,5 А/мм2 и определяем расчетное экономическое сечение жил кабельной линии:
Uab; Ubc; Uac – межфазные напряжения;
IA; IB; IC – фазные токи в жилах кабеля;
Ia; Ib; Ic – фазные токи асинхронного электродвигателя;
Z0 – сопротивления фаз электродвигателя;
Сa; Сb; Сc – собственная распределенная емкость относительно экрана;
Cab; Cbc; Cac – взаимные емкости;
МАВ; МВС; МАС – межфазные взаимные индуктивности.
Выбираем ближайшее стандартное значение Sст= 10 мм2 и марку кабеля на 2300 В КПБК с данными, приведенными в таблице №1.
Таблица №1
Число и сечение жил, мм2 |
Конструкция жилы |
Толщина изоляции, мм |
Диаметр изолированной жилы, мм |
Диаметр кабеля, мм |
Масса, кг/км |
3×10 |
1×1,7 + 6×1,26 |
3,0 |
9,55 |
24,4 |
898 |
Кабель с полиэтиленовой изоляцией для погружных ЭЦН, с гибкой ленточной броней, с разрывным усилием 156,8 кН, напряжением 2300 В при температуре окружающего воздуха от – 60 до + 45˚С и пластовой жидкости при температуре до + 85˚С, давлении 20 МПа, газовом факторе до 180 м3/т, местном перепаде давления до 4 МПа и спуско-подъемных операций не ниже – 50˚С. Минимальный радиус изгиба не менее 300 мм. ТУ 16.505.129-75.
Круглый кабель КПБК является основным и служит для подвода элек-троэнергии трехфазного тока к погружному электродвигателю на участке от питающего трансформатора до нижней насосно-компрессорной трубы. На участке между электродвигателем и первыми насосными трубами применяет-ся плоский кабель – удлинитель, соединенный с основным кабелем неразъем-ной соединительной муфтой (сросткой). В качестве кабеля-удлинителя выби-раем плоский кабель марки КПБП с данными, приведенными в таблице №2.
Таблица №2
Число и сечение жил, мм2 |
Конструкция жилы |
Толщина изоляции, мм |
Диаметр изолированной жилы, мм |
Размеры кабеля, мм |
Масса, кг/км |
3×10 |
1×3,52 |
1,3 |
6,15 |
11,8×30,2 |
909 |
Проверяем возможность размещения погружного агрегата (кабель + центробежный насос) в скважине:
;
Условия размещения выполняются. Проверяем выбранные сечения по длительно допустимому току Iдл.доп. Согласно ПУЭ допустимый длительный ток Iдл.р для кабелей с медными жилами, с резиновой или пластмассовой изоляцией, бронированных, трехжильных, находящихся в земле составляет 90 А для сечения токопроводящей жилы 10 мм2. Этот ток принят для темпе-ратуры жилы + 65 ˚С и земли + 15 ˚С. Длительно допустимый ток при другой температуре окружающей среды можно определить с помощью поправочно-го коэффициента k(t) который, если считать коэффициент теплоотдачи неиз-менным, выражается формулой:
(5)
где tдл.доп – длительно-допустимая температура для кабеля КРБК,
равная + 85˚С;
tо.р – расчетная температура окружающей среды;
tо.с – температура среды, окружающей кабель, которую условно
можно принять равной температуре пластовой жидкости,
окружающей кабельную линию в скважине.
Длительно допустимый ток погружного кабеля КРБП:
Выбранный кабель проходит по нагреву, т.к. соблюдается условие: