Нагрузка электрических сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования Российской Федерации

Тюменская Государственная Сельскохозяйственная Академия

Механико-Технологический Институт

Курсовой проект

По дисциплине:

«Электроснабжение сельского хозяйства»

Введение

Для осуществления планов электрификации большое значение имеют электрические сети.

По электрическим сетям электрическая энергия передается от электростанций к потребителям. В связи с тем что сельскохозяйственные потребители разбросаны на очень больших пространствах, сельские электрические сети отличаются весьма большой протяженностью и большим расходом проводникового металла, леса и т. п. на единицу мощности потребителя или станции. Правильный расчет электрических сетей, быстрое и высококачественное сооружение их, правильная эксплуатация имеют большое значение для развития сельской электрификации.

В настоящее время электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях, которые, как правило, объединены между собой в энергетические системы. В крупной энергетике такие системы объединяют станции, расположенные в нескольких областях и даже республиках. Сельские электростанции во многих случаях также объединяются в местные энергосистемы, охватывающие один или несколько административных районов.

Электрические сети появились с началом развития электрификации -- в 70-х годах XIX в. В то время сооружались электрические сети постоянного тока с напряжением порядка 100В и радиусом действия в несколько сотен метров.

В развитие передачи электроэнергии на расстояние значительный вклад сделали русские электротехники.

В 1874 г. русский военный инженер Ф. А. Пироцкий осуществил передачу мощности в 6 л.с. на расстояние около 200 м. Летом 1876 г. дальность передачи была увеличена им до 1 км, причем в качестве проводов использовались два изолированных от земли железнодорожных рельса.

Развитие электрических сетей началось с тех пор, как была создана П. Н. Яблочковым первая установка уличного освещения, сначала на выставке в Париже (1878 г.), а затем, год спустя, в Петербурге.

В 1880 г. Д. А. Лачинов опубликовал исследования по передаче электроэнергии на большие расстояния. Он доказал, что для этого выгодно повышать напряжения, и тем самым заложил основу современной системы передачи и распределения электроэнергии.

В 1882 г. французский ученый Марсель Депре создал линию электропередачи постоянного тока напряжением 1500--2000 В для передачи мощности в 3 л. с. на расстояние 57 км между городами Мисбах и Мюнхен. Установка Депре имела большое принципиальное значение. В письме к Бернштейну (1883 г.) по поводу этой установки Фридрих Энгельс писал: «Новейшее открытие... освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными условиями, делает возможнымзование также и самой отдаленной водяной энергии, и если в начале оно будет полезно только для городов, то в конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней» (Соч., т. XXVII, 1935, стр. 289).

Необходимость передачи все возрастающих мощностей на все большие расстояния потребовала строительства линий электропередачи переменного тока с постепенным повышением напряжения их.

Приоритет в применении трехфазного переменного тока принадлежит нашему знаменитому соотечественнику М. О. Доливо-Добровольскому. В 1891 г. он передал мощность в 200 кВт. на расстояние 175 км между городами Лауфен и Франкфурт-на-Майне трехфазным током напряжением 15 кВ. Для этого М. О. Доливо-Добровольским были созданы синхронные генераторы, трансформаторы и асинхронные двигатели трехфазного тока. Последние и в настоящее время без существенных изменений находят широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в сельском хозяйстве.

В 1893 г. на Новороссийском элеваторе под руководством А. Н. Щенсновича была создана первая в России сеть трехфазного тока. Мощность электростанции, питавшей эту сеть, составляла 1200 кВт при напряжении 250 В и частоте 25 Гц.

В 1896 г. в Петербурге на Охтенском пороховом заводе В. Н. Чиколевым и Р. Э. Классоном построена трехфазная сеть напряжением 2000 В, по которой электроэнергия подавалась на расстояние 1--3 км.

В конце XIX и начале XX столетия развитие линий электропередачи стало идти довольно быстро. Непрерывно повышалось напряжение передаваемой энергии, увеличивались передаваемые мощности и длины линий. В 1908--1910 гг. появилась передача напряжением 110 кВ, а в начале 20-х годов -- 220 кВ.

В царской России электрификация развивалась слабо поэтому в стране было мало электрических сетей. Только после Великой Октябрьской социалистической революции в развитии электрификации страны, а следовательно, и в сооружении Электрических сетей произошли значительные изменения. Уже в 1918 г, в разгар гражданской войны и интервенции, по инициативе В.И. Ленина было начато строительство Волховской гидроэлектростанции с линией электропередачи на Ленинград напряжением 110 кВ (Г. О. Графтир и Б. Е. Веденеев).

Разработка и утверждение в 1921 г. государственного плана электрификации России (ГОЭЛРО), составленного Комиссией под руководством Г. М. Кржижановского, дали мощный толчок развитию электрификации страны и сооружению электрических сетей

По плану ГОЭЛРО в 1922 г. была сооружена линия электропередачи на 110 кВ длиной 120 км от Каширской районной электростанции до Москвы, а в 1925 г. под руководством А.В.Винтера -- линия электропередачи напряжением 110 кВ от Шатурской районной электростанции до Москвы. После этого линии электропередач на напряжение 110 кВ получили в нашей стране массовое распространение.

В 1932 г. было завершено строительство Днепровской гидроэлектростанции имени В. И. Ленина с линией электропередачи напряжением 154 кВ (И. А. Александров, Б. Е. Веденеев, А.В. Винтер). '

В 1933 г сооружена первая линия электропередачи напряжением 220 кВ от Свирскои гидроэлектростанции. В дальнейшем линии электропередачи этого напряжения получили в нашей стране широкое распространение.

В последние годы в России сооружены сверхмощные линии электропередачи напряжением 500 кВ, расстоянием до 1000 км каждая.

Исходные данные

А) Общественно-коммунальные и бытовые потребители:

Количество домов - 71;

Годовое электропотребление электроэнергии - 1500 кВт/ч.;

Детские ясли-сад на - 25 мест;

Комбинат бытового обслуживания на - 6 мест;

Баня - 6 мест;

Б) Производственные потребители:

Молочная ферма КРС - 400 голов;

Птицефабрика по производству яиц на - 400 тыс.кур-несушек;

Пункт по обработке и хранению зерна - 20 т/ч;

В) Прочие потребители:

Торговый центр;

Поликлиника;

Столярный цех;

Мельница;

Кирпичный завод;

Г) Данные энергосистемы:

Подстанция - 110/35/10 кВ;

Мощность трансформатора - 10000 кВА;

Уровень напряжения на шинах -

Длина питающей линии - 4, 7 км

Удельное сопротивление грунта - 95 Ом*м;

Количество грозовых часов в год - 33;

Район по гололедности - 2;

Чиcло часов использования максимальной нагрузки - 5000 тыс.часов.

1. Расчет электрических нагрузок

Определение электрических нагрузок линии напряжения 0, 38 кВ производится исходя из расчетных нагрузок на вводе потребляемой дневного и вечернего максимума с учетом коэффициента одновременности.

Наружное освещение домов принимаем 6 Вт на 1 погонный метр улицы. Длину улиц определяем по количеству домов, считая расстояние между домами около 30м.

Освещение территорий хозяйственных дворов принимаем из расчета 250 Вт.

Активная мощность:

Реактивная мощность:

где, - нагрузка на вводе потребителя

- коэффициент одновременности.

Данные расчетов сводим в таблицу.

Таблица 1

Линии ТП	Потребители	Кол-во шт	Ко	Активная нагрузка	Реактивная нагрузка
				на вводе кВт	расчетная кВт	на вводе кВар	расчетная кВар
				Pgi	Pbi	Pg	Pb	Qgi	Qbi	Qg	Qb
	Количество домов	71	0, 28	0, 7	2	14	39, 8	6, 32	0, 75	6, 4	15
	Детские ясли-сад 25 мест	1	1	5	4	5	4	-	-	-	-
	Комбинат бытового обслуживания 6 мест	1	1	3	1	3	1	2	-	2	-
	Баня 10 мест	1	1	7	7	7	7	2	2	2	2
	Итого					29	51, 8			10, 4	17
	уличное освещение (30х71)	2130	1	-	0, 006		12, 8
	Наружное освещение	3	1	-	0, 25		0, 15
	Итого					29	65, 4			10, 4	17
Л1	Молочная ферма 400 голов	1	1	34	34	34	34	26	26	26	26
Л2	Птицефабрика 400 тыс. кур	1	1	24	40	24	40	28	42	28	42
Л3	ЗАП - 20	1	1	25	26	25	26	25	23	23	23
	Уличное освещение	3	1	-	0, 06	-	0, 18
	Итого					83	100, 2			79	91
	Торговый центр	1	1	4	16	4	16	-	-	-	-
	Поликлиника	1	1	15	30	15	30	8	20	8	20
	Столярная мастерская	1	1	15	1	15	1	10	-	10	-
	Мельница	1	1	15	1	15	1	10	-	10	-
	Кирпичный завод	1	1	20	6	20	6	17	4	17	4
	Уличное освещение	5	1	-	0, 25	-	1	-	-	-	-
	Итого:	-	-	-	-	69	54	-	-	45	24

Для примера рассмотрим расчет жилых домов:

Реактивная мощность



Для участков линии 0,38 кВ и трансформаторных подстанций рассчитываем:

Полные мощности;

Расчетные токи;

Коэффициент мощности.

Результаты расчетов нагрузок сводим в таблицу

Таблица 2. Сводные данные расчета нагрузок

Элементы цепи	Активная кВт	Реактивная кВар	Полная мощность	Расчетный ток А	Коэффициент мощности
	Pg	Pb	Qg	Qb	Sg	Sb	Ig	Ib
ТП 1	29	65, 4	10, 4	17	30, 8	67	46, 8	102	0, 94	0, 98
ТП 2	83	100, 2	79	81	114, 6	128, 7	174	196	0, 81	0, 78
Л 1	34	34	26	26	42, 8	42, 8	65	65	0, 79	0, 79
Л 2	24	40	28	42	36, 9	58	56	88	0, 75	0, 69
Л 3	25	26	25	23	35, 4	34, 7	54	53	0, 7	0, 75
ТП 3	69	54	45	26	82, 4	60	125	91	0, 84	0, 9
Итого	181	219, 6	134, 4	124	225, 4	252	-	-	-	-
	231, 8	112, 2	159	283	281	430	427, 5	0, 79	0, 82

Расчет ТП 1

Полная мощность

Расчетные токи

2. Компенсация реактивной мощности

При естественном коэффициенте мощности линии ТП меньше 0, 95 рекомендуется компенсация реактивной мощности.

Необходимо выбрать конденсаторные батареи БК для ТП 2, ТП 3.

Определяем величину реактивной мощности, которую необходимо компенсировать до

ТП 2

Выбираем мощность конденсаторных батарей

Определяем нескомпенсированную реактивную мощность

Полная мощность трансформаторов после компенсации

Коэффициент мощности после компенсации

Компенсация реактивной мощности ТП 3, реактивная мощность которую необходимо компенсировать



Выбираем конденсаторную батарею БК-25

Нескомпенсированная реактивная мощность

Полная мощность трансформатора

Данные расчетов сводим в таблицу

Таблица 3

ТП	Расчетная мощность кВар
	Естественная	Для компенсации	БК	Расчетная
ТП 2	79	81	4	6	75	75	4	6
ТП 3	45	26	20	2	25	25	20	2

3. Выбор потребительских подстанций

Номинальную мощность потребительских трансформаторов 10/0, 4 кВ выбираем по экономическим интервалам нагрузок в зависимости от расчетной полной мощности, среднесуточной температуры охлаждающего воздуха и вида нагрузок по условию

Таблица 4. Технические данные трансформаторов

№ ТП	S расч кВа	ТИП	S ном кВ	Uном кВ	U ном2 кВ	кВт	кВт
ТП 1	67	ТМ	100	10	0, 4	0, 38	1, 92	4, 5
2	128, 7	ТМ	160	10	0, 4	0, 565	2, 65	4, 5
3		ТМ	100	10	0, 4	0, 38	1, 97	4, 5

4. Расчет потерь электроэнергии в трансформаторе, газовое потребление электрической энергии

Коэффициент нагрузки

Время максимальных потерь



Газовые потери электроэнергии в трансформаторе

Процент потерь электроэнергии

5. Электрический расчет линии 10кВт

Электрический расчет линии производился с целью выбора марки и сечения проводов и определения потерь напряжения и энергии.

Определяем сечения провода по экономической плотности тока.

Расчетное сечение провода

где -максимальный рабочий ток А

- экономическая плотность тока

Принимаем стандартное сечение провода с учетом I района по гололеду

провод АС-35

Проверяем выбранный провод по условию нагрева

Рассчитываем потери напряжения



где, P₁O - мощность на участках, Вт, вар

l-длина линии, км

U_ном- номинальное напряжение сети

R_оХ_o- сопротивление провода, Ом/км

Потери электроэнергии в линии

Газовые потери энергии в процентном отношении

6. Оценка качества напряжения у потребителя

Для оценки качества напряжения у потребителя составляется таблица отклонений напряжения из которой определяется допустимая потеря напряжения в линии 0, 38 кВ.

Таблица составляется для удаленной трансформаторной подстанций.

Уровень напряжения на шинах 10кВ подстанций 35/10кВ при 10% нагрузке составляет при 25% нагрузке

Потери напряжения в потребительском трансформаторе 10/0, 4кВ составляют при

Таблица 5

Элемент электрической сети	Нагрузка %
	100%	25%
Шины 10кВт ГПП 110/35/10 Линия 10кВт	+1 -1, 0	+1 -0, 25
Трансформатор 10/0, 4кВ
Потери напряжения Надбавка конструктивная Надбавка регулируемая Шины 0, 4кВ	-4 +5 +2, 5 -1, 1%	-1 +5 +2, 5
Линия 0, 38кВ
Наружная часть Внутренняя проводка	8, 5 -2, 5	0 0
Отклонения напряжения у потребителя	-7, 5	+7, 25

Допустимые потери напряжения

7. Конструктивное выполнение линий 0, 38кВ ТП-10/0, 1кВ

Принимаем опоры железобетонные. Схема опор концевая - угловая, анкерная - концевая. Тип опор К₁-УАР-К₁. Опоры установлены на стойках СВ-10, 5-5. Изоляторы ТФ-20. Провода на промежуточных опорах крепят проволокой, а на концевых - плашечными зажимами.

Конструкция линии 10кВ

Принимаем железобетонные опоры, установленные на базе стойки СВ-10, 5-5.

Промежуточные опоры П10-I и П10-II для не населенной местности.

УП10-1 и УА10-I угловые промежуточная и анкерная. А10-I - анкерная концевая ОА10-I - ответвляемая анкерная. УОА10-I- угловая ответвительная анкерная, разъединители устанавливаем на опорах ПР 1, КР-1, АР-1, ОАР-1. Устанавливаем изоляторы ШФ10-Т. Провода крепим к изоляторам на промежуточных опорах антивибрационными зажимами ЗАК-10-1 не населенной местности и скобами в остальных случаях изоляторы фиксируем на штырях колпачками К-6. Для натяжения проводов служат подвесные изоляторы ПСН 70-Д

Принимаем подстанции КТП-10/0, 4кВ установленная на стойках УСО-3А-разьединитель с приводом устанавливают на концевой опоре 10кВ, что обеспечивает при отключенном разъединителе безопасности работ с разъединителя напряжения 10кВ подается на ввод РУ-10кВ.

Силовой трансформатор защищается от токов К3 предохранителями типа ПК-10. На отходящие линии 0, 4кВ для защиты от токов К3 установлены автоматические выключатели. Уличное освещение выполнено централизованными с автоматическим или дистанционным управлением.

8. Расчет токов К3

Расчет К3 необходим для выбора оборудования расчета и проверки защит, выборе устройств грозозащиты и заземления подстанций. Для расчета токов и К3 составляем схему заземления и ведем расчет методом относительных единиц.

Рис.1 Схема замещения

Принимаем сопротивление системы базисную мощность

Сопротивление трансформатора ТМН-10000кВА, ТДТН-10000/110

Сопротивление линии 10кВт

Регулирующее сопротивление в токе К-1

Базисный ток

Токи 3-х фазного К-3

2-х фазный ток К-3

Мгновенное значение ударного тока

Ку - коэффициент ударности

Точка К-2

Сопротивление трансформатора ТМ-100

Базисный ток

Токи К-3 в точке К-2



Расчет точки К-3

Сопротивление трансформатора ТМ-100

Токи К-3 в точке К-3

Расчет точки К-4



Трансформатор ТМ-160

Сопротивление повторного заземления R_п3 не должно превышать 300 м при

Принимаем для расчета наименьшие значения, общее сопротивление заземлений.

Расчетное сопротивление нейтрали трансформатора с учетом заземлений



Теоретическое число стержней

принимаем n_T=6

Длина полосы связи

расстояние между электродами a=3

Расчетное сопротивление горизонтального заземления

Сопротивление полосы связи

при а/е = 3/3 = 1 принимаем

Действительное число стержней



Действительное сопротивление искусственного заземления

Фактическое сопротивление контура заземления

Токи К-3

Точки К-3
К-1	2, 05	2, 68	2, 33	5, 66
К-2	63, 2	2, 88	1, 99	3, 21
К-3	49, 3	2, 93	2, 54	4, 13
К-4	33, 8	4, 27	3, 72	6, 02

Выбор оборудования, электрооборудования, электроустановок выбирается исходя из условий нормального режима и проверяется на термическую и динамическую стойкость в режиме К-3.

Выбор разъединителя - разъединитель предназначен для включения и отключения электрических цепей без нагрузки и для создания в них видимого разрыва.

Условия выбора, номинальное напряжение номинальный ток динамической стойкости по тепловому импульсу разъединитель РЛНД-10/200 предельно сквозной ток К-3.

Амплитудное значение - 20кА;

Действующее значение - 8кА, ток термической стойкости - 2кА, предельное время протекания тока - 10с

Выбор предохранителя для ТП 10/0, 4кВ самого мощного ТМ-160

Номинальный ток трансформатора

По номинальному току трансформатора выбираем плавную вставку обеспечивающую отстройку от бросков намагничевающего тока трансформатора

принимаем

Расчетный ток К-3



где К_н=1, 3 коэффициент надежности

К_Т - коэффициент трансформации

по ампер - секундной характеристике определяем время перегорания плавкой вставки

Допустимое время протекания тока К-3 по трансформатору

где

т. к термическая стойкость при отстройке максимального тока К-3 у ближайшего потребителя

При отстройке от броска тока намагничивания трансформаторов 10/0, 4кА



Ток срабатывания реле отсечки

Уставка тока на реле

Действительный ток срабатывания отсечки

Чувствительность защиты

чувствительность обеспечена

8. Защита от перенапряжений

электрический энергия трансформатор ток

От коммутационных и атмосферных перенапряжений подстанций 10/0, 4кВ защищают вентельные разрядники типа РВО-10 со стороны высокого напряжения и типа РВН-0, 5 со стороны низкого напряжения.

Электрические сети 0, 4кВ защищающая от атмосферных перенапряжений грузозащитными заземлениями, к которому присоединяющая штырями фазных проводов воздушной сети 0, 38 кВ и нулевой провод.

Заземление подстанций 10/0, 4кВ, расчет заземляющего устройства выполняем согласно ПУЭ, при этом сопротивление контура не должно превышать 4 Ом. Сопротивление нейтрали трансформатора не должно быть более 10 Ом.

Сопротивление повторного заземления не более 30 Ом расчетная длина вертикального заземления 3 м. Диаметр вертикального заземления d=0, 012 м, размеры полосы связи 20х2мм, глубина заложения 0, 8 м ток замыкания на стороны 10кВ Iк=8кА.

Количество повторных заземлений условно принимает 6 штук

Определяем расчетное сопротивление грунта для вертикального заземления

Где К_с-коэффициент сезонности

К_с=1, 15

К₁-коэффициент, учитывающий состояние грунта К₁=1

Определяем сопротивление вертикального заземления

Средняя глубина заложения



Выбор автоматических выключателей для ТП-2 линии Л1, Л2, Л3.

Автоматические выключатели защищают линию 0, 4 кВ от токов К-3 и перегрузки.

Условия выбора.

Номинальное напряжение

Номинальному току

По току теплового расцепителя

По току электромагнитного расцепителя

Линия №1

Автоматы А3714Б

Линия №2

А3714Б

Линия №3

А3714Б

9. Защита линии 10кВ

Линия 10кВ защищается от токов К-3 с помощью МТЗ и ТО с действием на отключение и выполняется на реле РТВ и ТО на реле РТМ.

Расчет МТЗ - 10кВ, ток срабатывания защиты: по отстройке от рабочего максимального тока



где К_н=1, 3 коэффициент надежности

К₃=1, 1 коэффициент самозацепа

К_в=0, 85 коэффициент возврата

По условию селективности для удаленного потребителя

для ТМ-160

Для расчета принимаем большее значение

Ток срабатывания реле

где К_СХ=1 коэффициент схемы

К_Т-коэффициент трансформации

Ток первичной обмотки трансформатора тока

Установка тока на реле

Действительный ток срабатывания защиты

Чувствительность защиты

чувствительность обеспечена

Расчет ТО на реле ТРМ ток срабатывания ТО

Список используемой литературы

Основная литература

1. Будзко И. А., Лещинская Т. Б., Сукманов В. И. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: Колос, 2000.-536.

2. Руководящие материалы по проектированию. - М.: РОСЭП, 1996-2003.

3. Правила устройства электроустановок. - изд. 6, 7.

Дополнительная литература

1. Будзко И. А., Левин М. С. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов. 2-е изд. - М.: Агропромиздат, 1985.

2. Справочник инженера-электрика сельскохозяйственного производства.-М.: Информагротех, 1999.

3. Практикум по электроснабжению сельского хозяйства. /Под ред. И.А. Будзко 2-е изд. - М.: Агропромиздат, 1982.

4. Курсовое и дипломное проектирование по электроснабжению сельского хозяйства /Л.И. Васильев, Ф.М. Ихтейман, С.Ф. Симоновский и др. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Агропромиздат, 1989.

Размещено на Allbest.ru