Расчет электрический сетей железнодорожного узла

Министерство  Путей Сообщения Российской Федерации

Уральский государственный  Университет Путей Сообщения

 

 

 

 

 

Кафедра электроснабжения транспорта

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

Расчёт электрических  сетей железнодорожного узла

100400.47.КП.01.ПЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил: преподаватель

Луковкин К.П

 

Выполнил: студент гр. Э-330

Тетерин А.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2003

Реферат

В данном курсовом проекте всего тридцать одна страница, одиннадцать рисунков и три таблицы.

Электрический расчёт, напряжение, электроснабжение, эксплуатационные расходы, нагрузка, трансформатор, воздушная линия, источник питания, сечение провода, компенсация мощности, подстанция, железнодорожный узел.

В курсовом проекте  приведён электрический расчёт распределительной схемы электроснабжения. На первом этапе были разработаны варианты схем сети, после чего производился выбор числа и мощности силовых трансформаторов, предварительное определение сечений проводов воздушных линий, выполнение экономических расчётов для выбранных вариантов схем, выбор компенсирующих устройств реактивной мощности, описание конструктивного выполнения линии. И в заключение производится выполнение графической части работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

   Введение………………………………………………………………..……………4

1. Исходные данные……………………………………………………………..…5

2. Разработка вариантов схем сети………………………………………..…6

3. Определение числа и мощности силовых трансформаторов на подстанциях……………………………………………………………………..7

4. Предварительное определение сечений проводов воздушных линий……………………………………………………………………………………8

5.Экономические расчёты вариантов схем сети………………...……14

6. Компенсация реактивной мощности………………………………..…18

7. Определение отклонений напряжения на шинах подстанций потребителей в режимах максимальных и минимальных нагрузок………………………………………………………………………………23

8. Конструктивное выполнение…………………………………………...…29

  Заключение……………………………………………………………………....…30

  Литература…………………………………………………………………….……31

  Приложение А……………………………………………………………….……32

  Приложение Б……………………………………………………………….….…33

Введение

Целью курсового проекта является получение практических навыков по разработке и проектированию электрических сетей железнодорожного узла, а так же оценка технико-экономических показателей в электрических сетях.

В курсовом проекте  разрабатывается наиболее целесообразный вариант распределительной сети железнодорожного узла.

Схема электроснабжения должна отвечать требованиям надёжной работы и в тоже время требовать  для своего исполнения меньше оборудования, аппаратов и материалов.

Обеспечение надёжности электроснабжения потребителей производится в соответствии с установленными категориями электроприёмников.

В данном курсовом проекте используется схема питания  от двух независимых источников, затраты  на выполнение которой ниже чем при питании от одного источника по двум линиям.

1. Исходные данные

Вариант 85

Расчетная схема сети:

 

 

                                         

 

 

Рис. 1.1

 

Длины участков:

l₁=4 км;

l ₂=2 км;

l ₃=2 км;

l ₄=1,5 км;

l ₅=2,5 км;

 

l ₆=2,5 км;

l ₇=2 км;

l ₈=3,5 км;

l ₉=2,5 км.

 

Стоимость электроэнергии    1,1 руб./кВт ч.

Продолжительность использования максимума активной нагрузки 4100 ч/год.

Мощность активной нагрузки:

 

С=0,5 МВт;

Д=0,3 МВт;

Л=0,6 МВт;

М=0,4 МВт.

 

Средний коэффициент мощности потребителя:

 

С=0,85;

Д=0,87;

Л=0,89;

М=0,91.

 

Категория потребителей:

 

С - II;

Д - III;

Л - II;

М - I.

 

Входная реактивная мощность узла: 0,5 Мвар.

 

2. Разработка вариантов схем сети

 

Разработаем несколько  вариантов схем электроснабжения потребителей. Для этого начертим в масштабе схему расположения потребителей. Выберем два самых экономичных (по длине проводов) варианта схем сети.

 

1.   L_∑= 14,5 км

                  

 

 

 

 

2. L_∑= 14,5 км

 

 

 

 

 

3. L_∑= 14,5 км

 

 

 

 

4. L_∑= 16,5 км

 

 

 

 

 

Для расчёта возьмём схему 1 и 2, как самые экономичные.

3. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

на  подстанциях

 

Для того чтобы определить мощности силовых трансформаторов найдем полные мощности потребителей по формуле:

 

где Р – мощность активной нагрузки МВт;

        cos(φ) - - средний коэффициент мощности потребителя, тогда:

S_С = 0,5/0,85=0,5882 МВА;

S_Д = 0,3/0,87=0,3448 МВА;

S_Л = 0,6/0,89=0,6742 МВА;

S_М = 0,4/0,91=0,4396 МВА.

Определим мощности трансформаторов.

Расчетную мощность трансформатора для  потребителей первой и второй категории  находим по формуле:

где К₁ – коэффициент, учитывающий категорию потребителя;

     S_З -  заданная мощность потребителя;

      1,4 -  коэффициент, учитывающий допустимый перегруз трансформатора на 40%.

S_{расч С} = 588,2 / 1,4 = 420 кВА;

S_{расч Л} = 674,2 / 1,4 = 482 кВА;

S_{расч М} = 439,6 / 1,4 = 314 кВА.

Для потребителей третьей категории  S_{расч Д} = S_З = 344,8 кВА.

Номинальные мощности трансформаторов  определяем по каталогу (при условии S_ном = S_расч ). Для потребителя С второй категории устанавливаем два трансформатора ТМ-630/10 номинальной мощностью 630 кВА, для потребителя Д третьей категории – ТМ-400/10, для потребителя Л второй категории два трансформатора ТМ-630/10, для потребителя М первой категории два трансформатора  ТМ-400/10.

4. Предварительное определение сечений проводов воздушных линий

 

Сечение проводов определяется из условия получения минимальных  ежегодных эксплуатационных расходов по каждой линии.

Для определения экономического сечения провода для схемы № 1, определим мощности на участках линии (рис. 4.1).

 

        А                             В

       Р_А +jQ_А                        Р_СД +jQ_СД                         Р_ДЛ +jQ_ДЛ              Р_ЛВ +jQ_ЛВ

          4 км  2,5 км      2,5 км  2,5 км

 

 

                       Р_С +jQ_С                          Р_Д +jQ_Д                    Р _Л+jQ_Л

Рис. 4.1

 

Определим нагрузки  на каждом элементе схемы.

Посчитаем реактивные мощности нагрузок по формуле:

       

 

Т.к. источники питания одинаковы, то мощности на головных участках находятся по формулам:

 

(4.2)

 

 

(4.3)

 

(4.4)

 

 

(4.5)

 

где l_АВ – длина провода от одного источника питания до другого;

       l_K-В' – длина провода от к-того потребителя до противоположного источника питания В; тогда:

Р_А = (500*7.5+300*5+600*2.5) / (11.5) = 586.96 кВт;

Q_А = (7.5*309.8+5*170+2.5*307.5) / (11.5) = 342.8 квар;

Р_В = (9*600+6.5*300+4*500) / (11.5) = 813 кВт;

Q_В = (9*307.5+6.5*170+4*309.8) / (11.5) = 444.5 квар.

 

Сделаем проверку правильности расчетов:

P_А + P_В =S P_К ;                                                                        (4.6)

586.96+813 = 500+300+600;

      1399.96 = 1400;

Q_А + Q_В =S Q_К ;                                                                      (4.7)

342.8+444.5= 309.8+170+307.5;

          787.3 = 787.3.

Расчеты выполнены правильно.

Определим мощности на линии между потребителями:

P_СД +jQ_СД = P_А +jQ_А – P_С – jQ_С =587+j342.8-500-j309.8 = 87+j33;

P_ДЛ +jQ_ДЛ = P_В' +jQ_В – P_Л – jQ_Л =813+j444.5-600-j307.5=213+j137.

 

Найдём полные мощности на участках в линии:

 

 

Найдём эквивалентную  мощность в линии по формуле:

                                                               (4.9)

 

               (4.10)

 

Экономическое сечение проводов рассчитываем по формуле:

 

                                                  (4.11)

где J_э – экономическая плотность тока, А/мм ²  ;

       U – номинальное напряжение в линии, кВ;

       S_экв – эквивалентная мощность в линии, кВА.

Округляем сечение провода до стандартного значения  и получаем провод АС-35 с сечением  36.9 мм². Проверим провод на допускаемое значение тока. Для этого определим максимальное значение тока протекающего по проводу:

 

                                     (4.12)

 

где S_макс – максимальная полная мощность на участке линии 10 кВ,

                  кВА.

I_ДОП = 175 A для длительно допускаемых нагрузок на провод вне помещений при температуре нагрева провода 70°С и температуре окружающей среды 25°С.

92,8=I_МАКС< I_ДОП =175, т. е. ток, протекающий по проводу меньше допускаемого значения, значит, выбранный провод удовлетворяет условиям эксплуатации.

 

Возьмём схему №2 и  определим сечение провода на участке от источника А до подстанции М. Для этого найдем мощность протекающую по этому участку:

 

                               (4.13)

 

Найдем сечение провода:

 

(4.14)

Округляем сечение провода  до стандартного сечения  и получаем провод АС-16 с сечением  15.3 мм² . Т.е. на данном участке выбираем два провода АС-16. Проверим провод на допускаемое значение тока.

Для этого определим максимальное значение тока протекающего по проводу:

                                       (4.15)

 

I_ДОП =110 A для длительно допускаемых нагрузок на провод вне помещений при температуре нагрева провода 70°С и температуре окружающей среды 25°С.

25,4=I_МАКС< I_ДОП =110, т. е. ток, протекающий по проводу меньше допускаемого значения значит, выбранный провод удовлетворяет условиям эксплуатации.

 

       А                  В

      Р_А +jQ_В                 Р_СД +jQ_СД        Р_ДЛ +jQ_ДЛ         Р_ЛМ +jQ_ЛМ           Р_В +jQ_В 

          2 км                   2,5 км              2 км                3 км                    3,61 км                           

 

                     Рс +jQс              Р_д +jQ_С        Р_Л +jQ_Л             Р _М+jQ_М 

 

                                                  Рис. 4.2

Найдём мощности на головных участках по формулам (4.2 – 4.5), тогда:

 

Р_А= (500*10.5+300*8+600*5.5+400*3.5) / (14.5) =852 кВт;

Q_А= (309.8*10.5+170*8+307.5*5.5+182.3*3.5) / (14.5) =479 квар;

Р_В=(400*11+600*9+300*6.5+500*4) / (14.5) = 948 кВт;

Q_В=(11*182.3+307.5*9+6.5*170+4*309.8) / (14.5) = 491 квар.

 

Сделаем проверку правильности расчетов:

        P_А + P_В =S P_К ;                                                

      852+948 = 500+300+600+400;

            1800 = 1800;

       Q_А + Q_В =S Q_К ;                                                                     

     479+491 = 309.8+170+307.5+182.3;

              970 = 469.6.

Расчеты выполнены правильно.

 

Определим мощности между потребителями:

P_СД +jQ_СД = P_А +jQ_А – P_С – jQ_С =852+j479-500-j309.8 = 352+j169.2;

P_ДЛ +jQ_ДЛ = P_СД +jQ_СД – P_Л – jQ_Л =352+j169.2-300-j170=52-j0.8;

P_МЛ +jQ_МЛ = P_В +jQ_В – P_М – jQ_М =948+j491-400-j182.3 = 548+j308.7.

 

Найдём полные мощности на участках в линии по формуле (4.8):

 

 

 

 

 

 

 

Найдём эквивалентную  мощность в линии по формуле:

 

 

 

Экономическое сечение проводов рассчитываем по формуле (4.11):

 

 

где J_э – экономическая плотность тока, А/мм ²  /1/;

       U – номинальное напряжение в линии, кВ;

       S_ЭКВ – эквивалентная мощность в линии, кВА.

Округляем сечение провода до стандартного сечения  и получаем провод АС-35 с сечением  36.9 мм² . проверим провод на допускаемое значение тока. Для этого определим максимальное значение тока протекающего по проводу:

где S_МАКС – максимальная полная мощность на участке линии 10 кВ,                    кВА.

I_ДОП =175A /1/ для длительно допускаемых нагрузок на провод вне помещений при температуре нагрева провода 70°С и температуре окружающей среды 25°С. 118.2=I_МАКС< I_ДОП =175 т. е. ток протекающий по проводу допускаемого значения значит выбранный провод удовлетворяет условиям эксплуатации.