Электропитающие установки

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Курсовая работа

Задание и методические указания

Специальность: 23.05.05 Системы обеспечения движения поездов

Специализация: Электроснабжение железных дорог
Дисциплина: Электроснабжение нетяговых потребителей

Москва 2022 г.

Выбрать основные параметры трансформаторной подстанции для
электроснабжения железнодорожного подразделения (депо, мастерские и т. п.);
рассчитать линию электропередачи напряжением 10 кВ и сеть напряжением
0,4 кВ; выбрать компенсирующее устройство для повышения коэффициента
мощности электроприёмников цеха.

Исходные данные принимаются по таблицам 1 и 2 и рисунку в
соответствии с двумя последними цифрами учебного шифра студента.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

• 1. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции (ТП).
• 2. Выбор числа цепей и сечения проводов линии напряжением 10 кВ от
  главной понизительной подстанции (ГПП) до подстанции (ТП).
• 3. Выбор основной аппаратуры ТП. Составление однолинейной
  принципиальной схемы ТП.
• 4. Выбор типа и мощности компенсирующего устройства.
• 5. Выбор сечения проводов сети 0,4 кВ для питания силовых шкафов.
• 6. Определение снижения потерь электроэнергии (в линии напряжением
  10 кВ и трансформаторе), получаемого при применении компенсирующего
  устройства.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

В работе должны быть приведены расчеты, обоснования принятых
решений с необходимыми ссылками на использованную литературу, список
которой указывается в конце записки. При выполнении электрических расчетов
необходимо составлять расчетные схемы, на которых указываются основные
параметры (длины участков, сопротивления, протекающие мощности и т. д.). В
начале записки следует привести исходные данные. Страницы должны быть
пронумерованы.

Таблица 1 – Исходные данные

Таблица 2 – Исходные данные

ГПП

Рисунок - Схема расположения шкафов электрификации

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ
РАБОТЫ

• 1. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции (ТП)

Количество трансформаторов, устанавливаемых на подстанции,
выбирается в зависимости от категории (по надежности электроснабжения)
потребителей, получающих электроэнергию от рассматриваемой подстанции.

Для питания электроприемников 1-й и 2-й категорий применяются
двухтрансформаторные подстанции. Однотрансформаторные подстанции
применяются для питания электроприемников 3-й категории. Допускается
применение однотрансформаторных подстанций [8] для питания
электроприемников 2-й категории при наличии централизованного резерва.

При выполнении работы следует принять, что электроприемники данного
подразделения являются потребителями 2-й категории и существует
централизованный резерв трансформаторов.

Мощность трансформатора подстанции выбирается по расчетной
нагрузке, которая определяется как сумма мощности, отбираемой с шин
вторичного напряжения подстанции, и мощности, теряемой в трансформаторе.

Мощность, отбираемую с шин вторичного напряжения подстанции,
определяют по формуле

S = ку ^(S P)2+(Е Q)2 (1)

где Е P — сумма активных нагрузок, питающихся от рассматриваемых
шин подстанции;

Е Q — сумма реактивных нагрузок тех же потребителей;

k_y — коэффициент участия в максимуме, который представляет собой
отношение суммарного расчетного максимума мощности к сумме
максимумов мощности отдельных групп электроприемников.

Значение этого коэффициента можно принять равным 0,9.

Потери мощности и электроэнергии в различных элементах сети
пропорциональны квадрату мощностей (или токов), протекающих через эти
элементы, и сопротивлениям элементов. Потери активной мощности в
трансформаторе (в кВт)

A P =А P

об .н

(SH )^{+А р}ст

(2)

где Р_об.н – потери активной мощности в обмотках трансформатора при
номинальной нагрузке, кВт;

• А Роб. _н=А Ркз - потери короткого замыкания;
• А Рст - потери активной мощности в сердечнике трансформатора, кВт;
• А Р_ст=АРхх - потери холостого хода;
• S - мощность, преобразуемая трансформатором, кВ А;
• SH - номинальная мощность трансформатора, кВ А;

S

• —=к 3 — коэффициент загрузки трансформатора.

S_H

Потери реактивной мощности (квар)

_ up'^S IXXSH

А Q_T =---

^T 100' S_H 100

(3)

где u_P — реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
%, ее можно принять равной напряжению короткого замыкания u_к% ;

I_XX — ток холостого хода, %.

Значения А ркз; А P_xx; uk%; I_XX берутся из каталога на трансформаторы.

• 2. Выбор числа цепей и сечения проводов линии напряжением 10 кВ

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [ 8
питание электроприемников 2-й категории допускается по одной воздушной
линии напряжением 6 кВ и выше. При питании электроприемников по кабелям
допускается питание одной линией, но расщепленной не менее чем на два
кабеля, присоединенных через отдельные разъединители.

Выбор сечения проводов и кабелей линии напряжением 10 кВ
производится по экономической плотности тока и проверяется по условиям
допускаемой потери напряжения и допустимого нагрева в нормальном и
аварийном режимах. Экономическое сечение проводов (в мм 2 ) определяется
по формуле

• F. = 7 (4)

i_э

где I – расчетный ток линии, А;

i_э – экономическая плотность тока, А/мм² .

Значения i_э выбираются согласно ПУЭ [3]. Допускаемую потерю
напряжения для воздушной линии 10 кВ при нормальном режиме работы
рекомендуется принять равной 8%,(5 – 10) для кабельной линии – 6% . При
аварийном режиме работы допускаемая потеря напряжения принимается на 4%
больше (12% и 10% соответственно).

Потери напряжения можно определить по формуле

Л ^ил = ^Zл' IЛ (5)

^ZЛ = ^r0 ^{+ X}0 '¹Л ⁽⁶⁾

где I - ток протекающий по линии, А;

U_H —номинальноенапряжениелинии,кВ;

r и x —активноеииндуктивноесопротивлениялинии,Ом.

Кабелиследуетпроверитьнатермическуюустойчивостьтокамкороткого
замыкания[1].Оптимальнымсечениемявляетсянаименьшее,удовлетворяющее
всемвышеуказаннымусловиям.

• 3. Выбор основной аппаратуры ТП. Составление однолинейной
  принципиальной схемы ТП

ВыборпринципиальнойсхемыТПопределяетсякатегориейпотребителя,
числомимощностьютрансформаторов.Какуказановыше,дляпотребителя2-й
категории обычно применяется однотрансформаторная подстанция.

Резервирование обеспечивается наличием централизованного резерва
трансформаторов. Кроме этого, обычно предусматривается резервирование на
вторичном напряжении, что осуществляется посредством перемычки между
шинами вторичного напряжения различных цеховых ТП. В качестве
коммутационных и защитных аппаратов в цепях высшего напряжения
применяются масляные выключатели, выключатели нагрузки, разъединители.

В работе рекомендуется принять, что на ГПП установлены масляные
выключатели; предусмотреть на высшей стороне ТП разъединитель в комплекте
с плавкими предохранителями или выключатель нагрузки с предохранителями;
на вторичной стороне предусмотреть воздушный автоматический выключатель
(автомат). На линиях, питающих силовые шкафы, рекомендуется предусмотреть
рубильники и плавкие предохранители.

Все токоведущие части и электрические аппараты (выключатели,
разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы) выбираются
с учетом места установки (в помещении или на открытом воздухе),
номинального напряжения, расчетного тока и проверяются по условиям
устойчивости токам короткого замыкания.

Согласно ПУЭ [1] не следует проверять на термическую устойчивость
аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями. Не
проверяются на динамическую устойчивость аппараты и проводники, если они
защищены плавкими предохранителями с плавкими вставками на номинальный
ток до 60 А.

Если в результате расчетов окажется, что какой-либо элемент системы
электроснабжения не является устойчивым токам КЗ, то следует его усилить
либо принять меры для ограничения токов короткого замыкания.

• 4. Выбор типа и мощности компенсирующего устройства

В электроустановках промышленных предприятий в качестве
компенсирующих устройств [2,4,5,8] для повышения коэффициента мощности,
как правило, используются статические конденсаторы, включаемые
параллельно электроприёмникам. Выбор места установки конденсаторов
(непосредственно у электроприёмников либо на шинах вторичного или
первичного напряжения цеховых подстанций) - определяется на основании
технико-экономических расчетов. На цеховых подстанциях, не имеющих шин
первичного напряжения, не рекомендуется устанавливать конденсаторы на
высшей стороне трансформатора. В работе рекомендуется принять, что
конденсаторные батареи устанавливаются на шинах 0,4 кВ подстанции.
Мощность отдельной конденсаторной батареи должна быть не менее 30 квар.

Необходимая мощность компенсирующих устройств определяется
вычисляется по формуле

w
tg^=W ^⁷>

где W_a – активная энергия, потребляемая электроприемниками за
некоторый промежуток времени (месяц, год);

W_р – то же, реактивная.

В условиях эксплуатации потребление энергии определяется по
счетчикам.

В работе энергию можно определить по формулам

Wa = РмТ (8)

и

Wp=Q_M-Tp (9)

где Р_м и Q_м - расчетный максимум соответственно активной и
реактивной нагрузки;

Т_а , Т_p - время использования максимума активной и реактивной
нагрузки соответственно.

Мощность компенсирующего устройства

Qk=Pq>-( tg Фер—tg Фтр) , ⁽¹⁰⁾

где Р_ср – среднегодовая активная нагрузка;

tg Ф_тр - значение, требуемое на шинах ТП.

Среднегодовая активная мощность

Рср = Wa (11)

t_п

где t_п — время работы потребителя электроэнергии в течение года.

Вычисленное значение Q_K округляется, и выбирается ближайшее
стандартное значение мощности установки.

• 5. Выбор способа прокладки и сечения проводов сети 0,38 кВ для
  питания силовых шкафов

Цеховые электрические сети выполняются изолированными и голыми
проводами. Применяются также шинопроводы.

К распределительным силовым шкафам электроэнергия подводится
кабельными линиями или шинопроводами. Кабельные линии прокладываются
по стенам, или потолку (с устройством защиты от механических повреждений),
либо в кабельных каналах и трубах, заложенных в полу. Прокладка в каналах
нежелательна, так как в них собирается грязь, вода, масло и т. п., разрушающе
действующие на оболочки кабеля.

Схемы электрических сетей выполняются радиальными, магистральными
и смешанными. Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность

питания, но требуют больших затрат материалов и средств. Магистральные
схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади
цеха.

Перемычки между магистралями обеспечивают необходимую надежность
электроснабжения при небольших затратах на устройство резервирования. В
цеховых сетях широко применяют смешанные схемы электрических сетей.

В работе рекомендуется проложить радиальные линии к силовым шкафам.

Необходимое сечение проводов сети 0,4 кВ выбирается по нагреву [1,2,8
и проверяется по допускаемой потере напряжения, которая принимается равной
5% от номинального напряжения. Для этого нужно определить потери
напряжения в линии по формуле (5) и сопоставить ее с допустимой.

• 6. Определение снижения потерь электроэнергии, получаемого при
  применении компенсирующего устройства

Потеря электроэнергии в линии передачи [1] (в кВтч)

Wa = 4 , (12)

U_H

где S_м – расчетная мощность, определенная в разделе 1, кВА
U_H – номинальное напряжение линии, кВ; r – активное
сопротивление линии, Ом;

т - время потерь, ч.

Время потерь определяется в зависимости от времени использования
максимума активной нагрузки

т=(0,124+Ta-10 ⁴)²-8760 .(13)

Потери электроэнергии в трансформаторе, кВтч

А W^ = A Роб._н-(S-)²-Т+Л P^t , (14)

где t — время, в течение которого трансформатор находится под
напряжением, ч. Время t можно принять равным 8760 ч.

Снижение потерь электроэнергии определяется как разность между
суммарными потерями электроэнергии в линии и трансформаторе,
определенными без учета установки компенсирующего устройства и при
установке последнего.

Список литературы

• 1. Правила устройства электроустановок. – 7-е изд.,перераб. и доп. – М.:
  Главгосэнергонадзор, 2013.
• 2. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения
  промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1984.
• 3. Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. Электроснабжение нетяговых
  потребителей железных дорог. – М.: Транспорт, 1985.
• 4. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки
  электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983. – 183 с.
• 5. Прохорский А. А. Тяговые и трансформаторные подстанции. - М.:
  Транспорт.1983-457 с.
• 6. Герман Л Л., Векслер М.Н., Шелом И.А. Устройства и линии
  электроснабжения автоблокировки. — М.: Транспорт, 1987. — 192 с.
• 7. Почаевец В,С Электрооборудование и аппаратура электрических
  подстанций. — М.: Трансиздат, 2002, — 56 с.
• 8. Караев Р.И., Волобринский С.Д., Ковалев И.Н. Электрические сети и
  энергосистемы. – М: Транспорт, 1985.
• 9. Справочник по электроснабжению железных дорог, Т.1. Под редакцией
  Марквардт К.Г. М.: Транспорт, 1980. – 256 с.