17

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тверской государственный технический университет»

Кафедра электроснабжения и электротехники

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания к практическим занятиям

для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 140211

Тверь 2012

УДК 658.264

ББК 31.27-02

Методические указания разработаны в соответствии с государственным образовательным стандартом направления 650900, специальность 140211. Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения.

Методические указания обсуждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры ЭС и Э (протокол №7 от 14 февраля 2012 г.).

Системы электроснабжения Методические указания к практическим занятиям

для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 140211

Составитель: Енин А.С.

Введение

Для решения предлагаются задачи по расчёту электрической нагрузки машин контактной сварки, определению уровней высших гармонических составляющих тока с системе электроснабжения и расчёту симметрирующего устройства в электрической сети, содержащей однофазные электроприёмники.

Вариант индивидуального задания определяется преподавателем или принимается в соответствии с номером зачётной книжки студента по таблицам приложения.

1. Контрольные задания

Задание №1. Для сварочного участка (рис. 1) со стационарными сварочными машинами выбрать мощность силового трансформатора, схему электроснабжения с использованием распределительных пунктов, марку и сечение проводников, защитную аппаратуру. Исходные данные приведены в таблице П1.

Задание №2. Для схемы рис.2 определить степень загрузки батареи конденсаторов (БК) токами высших гармоник и предложить меры по ограничению уровня этих гармоник. Исходные данные приведены в таблице П2.

Задание №3. Для схемы рис.3 рассчитать симметрирующее устройство. Исходные данные приведены в таблице П3.

Рис. 1. План расположения оборудования сварочного участка

G

110 кВ

T1

L

6-10 кВ

Т2 М GB G_V

Рис.2. Схема понизительной подстанции

Q1 Q2 Q3

T

Рис.3. Схема подключения однофазной установки: 1 – печь электрошлакового переплава; 2 – симметрирующее устройство; 3 – симметричная нагрузка

2. Методические указания к выполнению

КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

2.1. Задание № 1

Сварочная нагрузка характеризуется следующими основными показателями:

S_у - установленная мощность сварочной машины (СМ) при номинальной паспортной продолжительности включения, указывается в паспорте машины;

К_З - коэффициент загрузки СМ, равный отношению пиковой потребляемой мощности к установленной, приводится в справочной литературе;

К_В - коэффициент включения, отражающий длительность включения СМ в полном цикле сварки, приводится в справочной литературе;

S_П = S_у x К_З - пиковая мощность СМ, потребляемая из сети при сварке;

S_С = S_у x К_З x К_В - средняя мощность СМ в цикле сварки;

S_Э = S_у x К_З x √ К_В - эффективная мощность СМ.

Рекомендуется [3] следующий порядок расчетов:

На первом этапе определяется суммарная ориентировочная эффективная мощность СМ:

S_ΣЭ = √ (ΣS_С )² + 3 xΣ S_Э².

На основании этого выбирается количество и мощность трансформаторов, намечается схема внутреннего электроснабжения.

На втором этапе для каждой СМ определяется:

S_Э² = S_П² x К_В,

S_С = S_П x К_В.

Все машины распределяются по фазам так, чтобы максимально обеспечить равномерную загрузку всех фаз. Неравномерность загрузки не должна превышать 15 %. При этом в случае незначительного различия К_В машин распределение по фазам можно проводить по S_П, в противном случае по - S_П² x К_В .

Для отдельной СМ пиковый и эффективный ток определяются по выражениям:

для однофазных машин i_П = S_у x К_З / U_НОМ,

i_Э = S_у x К_З x √ К_В / U_НОМ,

для трехфазных машин i_П = S_у x К_З / √3 x U_НОМ,

i_Э = S_у x К_З x √ К_В / √3 x U_НОМ .

Для группы СМ эффективный ток равен:

I_Э = √ I_C² + DI,

где I_C = Σi_C- средний ток группы, равный арифметической сумме средних токов всех СМ, подключенных в фазе; DI - дисперсия нагрузки фазы, при К_В ≤ 0,15 равная Σi_C² x К_В.

Пиковая нагрузка группы СМ равна:

I_П = I_C + β x √DI,

где β - коэффициент, определяемый по графику рис. 4.

β

nxК_В

Рис. 4. Зависимость β от nxК_В

Если в группу входят СМ с одинаковым пиковым током, то n равно количеству машин в группе. В противном случае n = n_Э, где n_Э - эффективное число СМ, определяемое по формуле

n_Э = (Σi_П)² / Σi_П² .

При различных значениях К_В СМ в группе в расчете используется среднее значение К_ВС , равное

К_ВС = (1 / n) x ΣК_В .

Выбор сечения проводников производится по эффективной нагрузке по [5, 10], а защитная аппаратура для СМ выбирается по [8] в соответствии с выражениями:

I_ДД ≥ I_Э,

3х I_ДД ≥ I_{ПВ НОМ} ≥ 1,2 х i_П ,

где I_ДД - длительно допустимый ток проводника; I_{ПВ НОМ} - номинальный ток плавкой вставки.

2.2. Задание № 2

Расчет высших гармонических составляющих тока и напряжения в различных точках системы электроснабжения выполняется на основе схем замещения для каждой гармоники. Источники гармоник представляются в этих схемах в виде источников тока. Расчетные формулы для их расчета приведены в таблице П.1.

Элементы сети учитываются сопротивлениями, которые рассчитываются по формулам:

общее индуктивное сопротивление элемента

X_Lν = ν x X_L,

общее емкостное сопротивление элемента

X_Cν = X_C / ν,

сопротивление системы

X_C = U_C² / S_К,

сопротивление трансформатора

X_T = U_K x U_НОМ² / S_T,

сопротивление двигателя (принимается в момент пуска)

X_ДВ = U_НОМ² x sin φ_ДВП / S_ДВП,

батарея конденсаторов (схема включения «звезда»)

X_БК = 3 x U_НОМ² / Q_БК,

где ν - номер гармоники; U_НОМ ,U_C , U_K - номинальное напряжение электроустановки, напряжение системы, напряжение короткого замыкания трансформатора соответственно; S_K, S_T, S_ДВП - мощность трехфазного короткого замыкания питающей энергосистемы, нагруженного силового трансформатора и двигателя при пуске соответственно; Q_БК - номинальная мощность батареи конденсаторов; sin φ_ДВП - в момент пуска двигателя.

Ненагруженные трансформаторы, печи сопротивления, коммутационные и дугогасящие аппараты, силовые кабели в схеме замещения не учитываются. Упрощенные формулы сопротивлений элементов для напряжений 6 и 10 кВ приведены в таблице П.2.

После расчета режима по схеме замещения определяются токи высших гармоник I_ν в отдельных элементах электрической сети, в том числе в БК. Эффективное значение тока в БК равно

I_{БК Э} = √ΣI_ν²,

а кратность перегрузки батареи токами высших гармоник

К_ПЕР = I_{БК Э} / I_{БК 1} ,

где I_{БК 1} = I_НБК - ток основной частоты БК (номинальный).

При наличии защиты БК от перегрузки токами высших гармоник допустимое значение К_ПЕР = 1,3 [1]. Если расчетное значение К_ПЕР > 1,3, то следует рассмотреть мероприятия по ограничению I_БКЭ. При этом возможны следующие решения:

1. Установка типовых частотных фильтров по таблицам П.3, П.4. Выбранные фильтры должны быть проверены по допустимому току, а их компенсирующую способность следует учесть для корректировки мощности БК.

2. Расчет индивидуальных частотных фильтров соответствующих гармоник по [1,таблица 2.31].

3. Установка последовательно с БК реактора, сопротивление которого выбирается по условию X_P > X_БК / ν², где ν - наименьшая из гармоник в месте установки БК.

4. Установка активных фильтров (кондиционеров) высших гармоник [9].

В настоящем задании расчет гармоник напряжения и коэффициентов искажения напряжения не рассматривается. При необходимости эта задача решается по [1, табл. 2.30].