Министерство образования и науки Российской Федерации

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 9

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тверской государственный технический университет»

(ТвГТУ)

Кафедра электроснабжения и электротехники

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ И

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Методические указания к практическим занятиям

для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 13.03.02

Тверь 2016

УДК 658.264

ББК 31.27-02

Рецензент доцент кафедры ЭС и Э канд. техн. наук К.Б.Корнеев

Методические указания к практическим занятиям для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 13.03.02 / сост. А.С. Енин, А.В. Крупнов. Тверь: ТвГТУ, 2016.

Разработаны в соответствии с рабочей программой курса «Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий» и учебным планом для студентов специальности 13.03.02.

Методические указания обсуждены и рекомендованы к печати на заседании кафедры ЭС и Э (протокол №_ от __ __________ 2015 г.).

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Контрольные задания 3

2. Методические указания к выполнению контрольных заданий 3

Приложения 13

Библиографический список 16

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ И

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Методические указания к практическим занятиям

для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 13.03.02

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для студентов специальности 13.03.02 всех форм обучения. Они соответствуют рабочим программам и могут быть использованы для проведения практических занятий и выполнения контрольных работ.

Для решения предлагаются четыре задачи: расчёт нагрузки жилых районов городов; расчёт электрической нагрузки машин контактной сварки; определение уровней высших гармонических составляющих тока в системе электроснабжения; расчёт симметрирующего устройства в электрической сети, содержащей однофазные электроприёмники.

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

1. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задание №1. Произвести расчёт нагрузки городского микрорайона.

Задание №2. Для группы стационарных сварочных машин выбрать мощность силового трансформатора, схему электроснабжения с использованием распределительных пунктов, марку и сечение проводников, защитную аппаратуру.

Задание №3. Определить уровень загрузки батареи конденсаторов токами высших гармоник для заданного состава электрооборудования.

Задание №4. Для схемы с однофазной нагрузкой рассчитать симметрирующее устройство.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

2.1. Задание № 1.

Исходные данные для расчёта электрической нагрузки городского микрорайона выдаются студентам в индивидуальном порядке. Примерная схема объекта приведена на рис.1, перечень жилых и общественных зданий – в таблице 1. Расчет нагрузки городов производится по удельным показателям [1,2].

Рис. 1. Вариант плана микрорайона для задания №1

Таблица 1

Вариант исходных данных для задания №1 (фрагмент)

2.1.1. Расчет нагрузки жилых зданий

Расчёт нагрузок жилых зданий производится на основании сведений о количестве квартир в доме, энергоносителях для приготовления пищи и количестве электродвигателей общедомовых силовых установок.

Расчётная электрическая нагрузка квартир жилого дома и силовых электроприёмников Р_Р.Ж.Д., определяется формулой

Р_Р.Ж.Д. = Р_КВ + к_У ∙ Р_С, кВт,

где: к_У – коэффициент участия в максимуме нагрузки силовых электроприёмников (к_У = 0,9, о.е.).

Расчётная нагрузка квартир:

Р_КВ = Р_УД.КВ ∙ N_КВ ∙ к_С., кВт,

где: Р_УД.КВ – удельная нагрузка электроприёмников квартиры, принимаемая по [2] или таблице П1, кВт / м²; к_С – коэффициент спроса для квартир с повышенной комфортностью, для типовых квартир К_С = 1; N_КВ – количество квартир в доме.

N_КВ = N_{КВ.ЭТАЖ} ∙ N_ЭТАЖЕЙ ∙ N_{ПОДЪЕЗД}

Расчетная нагрузку квартир с повышенной комфортностью определяется с учётом таблиц П2, П3 или в соответствии с заданием на проектирование.

Расчётная мощность силовых установок жилых зданий:

Р_С = Р_Р.Л + Р_СТ.У, кВт.

Мощность лифтовых установок Р_Р.Л., кВт, определяется формулой

Р_Р.Л = к_.С.ЛН ∙ ΣР_Лi, кВт,

где: Р_Лi – установленная мощность электродвигателя i-ой лифтовой установки, кВт; к _С.ЛН – коэффициент спроса лифтовой нагрузки по [2] или таблице П2, о.е.. При расчёте можно принять мощность двигателя грузового лифта 7,5 кВт, пассажирского 2,2 - 5,5 кВт.

Мощность электродвигателей насосов водоснабжения, вентиляторов и других санитарно-технических устройств определяется по их установленной мощности с учётом коэффициента спроса (таблица П4):

Р_СТ.У = к_С ∙ ΣР_СТ.У, кВт.

При упрощённых расчётах допускается:

Р_СТ.У = 0,05 ∙ N_КВ, кВт.

Расчётные реактивные составляющие нагрузок жилых зданий:

Q_Р.Ж.Д. = Q_КВ + к_У ∙ Q_С, квар;

Q_КВ = Р_УД.КВ ∙ N_КВ ∙ tg(arccos φ_КВ), квар;

Q_С = Р_Р.Л ∙ tg(arccos φ_Л)+ Р_СТ.У ∙ tg(arccos φ_СТ.У), квар.

Значения tgφ потребителей принимаются по таблице П5.

2.1.2. Расчёт нагрузки общественных зданий

Расчётная электрическая нагрузка на вводе в общественное здание определяется по формуле

Р_Р = Р_УД ∙ М, кВт,

где Р_УД – удельная расчётная электрическая нагрузка общественного здания, определяемая по [2] или таблице П6, кВт/показатель; М – количественный показатель общественного здания.

Расчётные реактивные составляющие нагрузок общественных зданий:

Q_P = P_P ∙ tg(arcos φ_Р).

2.1.3. Расчёт нагрузки жилого здания при наличии общественных помещений

Нагрузка определяется по формуле:

Р_{Р.Ж.З с О.Н.} = Р_Р.Ж.З. + Σ(к_НСМ ∙ Р_Р), кВт,

где: Р_Р.Ж.З. – расчётная нагрузка жилого здания, определяемая, кВт; к_НСМ – коэффициент несовпадения максимумов нагрузок по [2], в задании допустимо принимать к_НСМ = 0,5…0,9; Р_Р – расчётная нагрузка общественного помещения, совмещённого с жилым кВт.

2.4.4. Определение осветительной нагрузки квартала

В составе потребителей электроэнергии микрорайона города следует учитывать наружное освещение улиц, площадей и т.д.

Расчетная активная мощность освещения внутриквартальных территорий микрорайона:

Р_МР = F_МР ∙ (1 - К_З) ∙ Р_УД.КВ,

где F_МР – общая площадь микрорайона, га; К_З – коэффициент застройки микрорайона, о.е.; Р_УД.КВ = 1,2 кВт / га – удельная мощность для освещения внутриквартальной территории.

Общая площадь микрорайона:

F_МР = 10000 м² = 1,0 га = 0,01 км²

Общая площадь застройки микрорайона:

F_З = ΣF_ЗД, м²

Коэффициент застройки микрорайона:

К_З = (F_З / F_МР) ∙ 100%.

Расчетная активная мощность внешнего освещения улиц микрорайона:

Р_УЛ = 0,5 ∙ П ∙ Р_УД.УЛ, кВт,

где П – периметр микрорайона, км; Р_УД.УЛ = 30…50 кВт / км – удельная мощность для освещения улиц районного значения, улицы преимущественно грузового движения

Общая расчетная активная мощность освещения микрорайона:

Р_ВН.МР = Р_МР + Р_УЛ, кВт.

Расчетная реактивная мощность освещения микрорайона:

Q_ВН.МР = Р_ВН.МР ∙ tgφ_ВН, квар,

где tgφ_ВН = 0,329 – коэффициент мощности освещения микрорайона.

2.2. Задание № 2

Исходные данные для выполнения задания приведены на рис.2 и в таблица П7 (вариант задания принимается по последней цифре номера зачётной книжки).

Рис. 2. План расположения оборудования сварочного участка

Сварочная нагрузка характеризуется следующими основными показателями:

S_у – установленная мощность сварочной машины (СМ) при номинальной паспортной продолжительности включения (ПВ), кВА;

К_З – коэффициент загрузки СМ, равный отношению пиковой потребляемой мощности к установленной;

К_В – коэффициент включения, отражающий длительность включения СМ в полном цикле сварки;

S_П = S_у · К_З – пиковая мощность СМ, потребляемая из сети при сварке, кВА;

S_С = S_у · К_З · К_В – средняя мощность СМ в цикле сварки, кВА;

– эффективная мощность СМ, кВА.

Рекомендуется [3…5] следующий порядок расчетов.

На первом этапе определяется суммарная ориентировочная эффективная мощность СМ:

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

На втором этапе для каждой СМ определяется:

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 –

Для отдельной СМ пиковый и эффективный ток определяются по выражениям:

для однофазных машин

для трехфазных машин

Для группы СМ эффективный ток равен:

где – средний ток группы, равный арифметической сумме средних токов всех СМ, подключенных в фазе, кА; DI – дисперсия нагрузки фазы, при К_В ≤ 0,15 равная кА².

Пиковая нагрузка группы СМ равна:

где β – коэффициент, определяемый по графику рис. 3.

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

β

n·К_В

Рис. 3. Зависимость β от n·К_В

При различных значениях К_В в группе используется среднее значение К_ВС:

.

Выбор сечения проводников и защитная аппаратура для СМ производится [1]:

I_ДД ≥ I_Э,

I_{ПВ НОМ} ≥ 1,2 · i_П ,

где: I_ДД – длительно допустимый ток проводника, А; I_{ПВ НОМ} – номинальный ток плавкой вставки, А.

2.3. Задание № 3

Исходные данные для расчёта приведены на рис.4 и в таблице П8 (вариант задания принимается по последней цифре номера зачётной книжки). 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.9, П10.

Элементы сети учитываются сопротивлениями: индуктивное емкостное двигатель энергосистема трансформатор батарея конденсаторов (схема включения «звезда») Хдв = 3·U²_НОМ/Q_БК.

В этих формулах ν – номер гармоники; U_НОМ, U_C – номинальное напряжение электроустановки, напряжение системы соответственно, кВ; u_K – напряжение короткого замыкания трансформатора, %; S_K, S_T, S_ДВП – мощность трехфазного короткого замыкания питающей энергосистемы, нагруженного силового трансформатора и двигателя при пуске соответственно, кВА, кВт; Q_БК – номинальная мощность батареи конденсаторов, квар; sin φ_ДВП – в момент пуска двигателя.

Рис. 4. Схема понизительной подстанции

Ненагруженные трансформаторы, печи сопротивления, коммутационные и дугогасящие аппараты, силовые кабели в схеме замещения не учитываются.

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

а кратность перегрузки батареи токами высших гармоник

где I_{БК 1} = I_НБК – ток основной частоты БК (номинальный), А.

При наличии защиты БК от перегрузки токами высших гармоник допустимое значение К_ПЕР = 1,3. Если расчетное значение К_ПЕР > 1,3, то следует рассмотреть мероприятия по ограничению I_{БК Э}.

2.4. Задание № 4

Исходные данные для расчёта приведены на рис.5 и в таблице П11 (вариант задания принимается по последней цифре номера зачётной книжки).

Рис. 5. Схема подключения однофазной установки: 1 – печь электрошлакового переплава; 2 – симметрирующее устройство; 3 – симметричная нагрузка

Основные положения методики расчета симметрирующих устройств.

Несимметричную трехфазную нагрузку можно разложить на эквивалентную симметричную трехфазную и однофазную нагрузки. При этом однофазная нагрузка является пульсирующей мощностью N_Н, подлежащей симметрированию:

где U_Н , I_Н – напряжение и ток однофазной нагрузки, кВ и А; Ψ – фазовый угол вектора напряжения относительно оси отсчета; φ – фазовый угол нагрузки.

Например, для нагрузки, подключенной на напряжение U_СА при φ = 30⁰

N_НCА = U_Н · e ^j150 · I_Н · e ^{j (150 - 30)} = S_Н · e ^{j (300-30)} = S_Н · e ^{j 270}, кВА.

Эту мощность можно скомпенсировать, включив симметрирующее устройство (СУ), суммарный вектор пульсирующей мощности которого N_СУ равен по величине N_НCА и противоположен ему по фазе, т.е.

N_СУ = - S_Н · e ^j270 = S_Н · e ^j90.

Поскольку элементы СУ должны быть реактивными во избежание дополнительных потерь в них активной мощности, рассматриваемая в качестве примера задача может быть решена следующими способами:

1. Включение индуктивности Q_L на напряжение U_BC (рис. 6).

2. Включение емкостей на напряжение U_AB и U_CA.

3. Комбинированный способ, при котором на напряжение U_BC подключается индуктивность, а на напряжение U_AB и U_CA – емкости. При этом мощности всех элементов вдвое меньше, чем по вариантам 1 и 2. В общем случае Q_L + ΣQ_C / 2 = N_Н.

Рис. 6. Векторная диаграмма пульсирующей и симметрирующей мощностей

Комбинированная схема СУ приведена на рис.7.

Мощность СУ рассчитывается по условию симметрирования до остаточного уровня:

N_ОСТ = N_Н + N_СУ ≤ 0,02 · S_K ,

где S_K – мощность трехфазного короткого замыкания питающей энергосистемы, кВА.

Рис. 7. Схема подключения однофазной нагрузки и симметрирующего устройства

ПРИЛОЖЕНИЯ

Исходные данные к расчёту контрольных заданий

Таблица П1

Удельные показатели нагрузки жилых зданий (Р_УД.КВ, кВт/кв.)

Примечание:

1 Удельные расчетные нагрузки для числа квартир, не указанного в таблице П1, определяются интерполяцией.

2 В таблице учтены нагрузки освещения общедомовых помещений, а также нагрузки слаботочных устройств и мелкого силового оборудования.

3 Нагрузки приведены для квартир средней общей площадью 70 м² .

Таблица П2

Коэффициент спроса для квартир повышенной комфортности (Кс)

Таблица П3

Коэффициент одновремённости для квартир повышенной комфортности (Ко)

Таблица П4

Коэффициент спроса лифтовых установок жилых зданий (к _С.ЛУ)

Таблица П5

Коэффициенты реактивной мощности потребителей жилых зданий

Таблица П6

Удельные расчётные нагрузки общественных зданий (Р_УД.КВ, кВт/кв.)

Таблица П7

Перечень оборудования сварочного участка (рис.2)

Таблица П8

Перечень оборудования главной понизительной подстанции (рис.4)

Примечание: ДСП – дуговая сталеплавильная печь; ТПЧ – тиристорный преобразователь частоты; СВ – сварочный выпрямитель; УКЛ – установка конденсаторная; СТД, ДС – синхронные двигатели; ТМ, ТМЗ, ТДН, ТМН – силовые трансформаторы; РБ – токоограничивающий реактор; ЭС – энергосистема.

Таблица П9

Определение гармоник тока

Электроприёмники	Порядок генерируемых гармоник, n	Расчётная формула
Электродуговая сталеплавильная печь мощностью SР, кВА	5, 7, 11, 13	(1,25xSР) / ( xUxn2), U – напряжение на шинах, кВ
Сварочный выпрямитель мощностью SР, кВА	5, 7, 11, 13	SР / ( xUxn2)
Вентиляторный преобразователь мощностью SР, кВА	5, 7, 11, 13	SР / ( xUxn)
Тиристорный преобразователь частоты с номинальным током I, А	5, 7, 11, 13	In=I / [1,11х (n±1)], «+» - для n=5,13 «-» - для n=7,11
Силовой магнитный усилитель с номинальным током I, А	3, 5, 7	I3 = 0,1xI I5 = 0,25xI I7 = 0,3xI
Газоразрядные лампы общей мощностью Sр, кВА	3	0,2xSå / xU

Таблица П10

Определение сопротивлений элементов сетей 6, 10 кВ

Примечание. Сопротивление трёхобмоточного трансформатора на частотах высших гармоник пропорционально сопротивлению отдельных обмоток на промышленной частоте.

Таблица П11

Технические данные однофазной нагрузки (рис.5)

Примечание. S_К - мощность трёхфазного к.з. энергосистемы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Правила устройства электроустановок [Текст]: все действующие разд. шестого и седьмого изд. с изм. и доп. по состоянию на 1 июля 2010 года- М.: КноРус, 2010.

2. СП-31-110-2003. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий. Режим доступа: http://www..StandartGost.ru

3. Киреева, Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий [Текст]: учеб. пособие для вузов по напр. 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнология» – М.: КноРус, 2011.

4. Сибикин, Ю.Д. Электроснабжение [Текст]: учеб. пособие для электротехн. спец./ Сибикин, Ю.Д., Сибикин, М.Ю. - М.: РадиоСофт, 2011.

5. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению.- М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2008.