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.
-
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 GV
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:
Sу - установленная мощность сварочной машины (СМ) при номинальной паспортной продолжительности включения, указывается в паспорте машины;
КЗ - коэффициент загрузки СМ, равный отношению пиковой потребляемой мощности к установленной, приводится в справочной литературе;
КВ - коэффициент включения, отражающий длительность включения СМ в полном цикле сварки, приводится в справочной литературе;
SП = Sу x КЗ - пиковая мощность СМ, потребляемая из сети при сварке;
SС = Sу x КЗ x КВ - средняя мощность СМ в цикле сварки;
SЭ = Sу x КЗ x √ КВ - эффективная мощность СМ.
Рекомендуется [3] следующий порядок расчетов:
На первом этапе определяется суммарная ориентировочная эффективная мощность СМ:
SΣЭ = √ (ΣSС )2 + 3 xΣ SЭ2.
На основании этого выбирается количество и мощность трансформаторов, намечается схема внутреннего электроснабжения.
На втором этапе для каждой СМ определяется:
SЭ2 = SП2 x КВ,
SС = SП x КВ.
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 КВ машин распределение по фазам можно проводить по SП, в противном случае по - SП2 x КВ .
Для отдельной СМ пиковый и эффективный ток определяются по выражениям:
для однофазных машин iП = Sу x КЗ / UНОМ,
iЭ = Sу x КЗ x √ КВ / UНОМ,
для трехфазных машин iП = Sу x КЗ / √3 x UНОМ,
iЭ = Sу x КЗ x √ КВ / √3 x UНОМ .
Для группы СМ эффективный ток равен:
IЭ = √ IC2 + DI,
где IC = ΣiC- средний ток группы, равный арифметической сумме средних токов всех СМ, подключенных в фазе; DI - дисперсия нагрузки фазы, при КВ ≤ 0,15 равная ΣiC2 x КВ.
Пиковая нагрузка группы СМ равна:
IП = IC + β x √DI,
где β - коэффициент, определяемый по графику рис. 4.
β
nxКВ
Рис. 4. Зависимость β от nxКВ
Если в группу входят СМ с одинаковым пиковым током, то n равно количеству машин в группе. В противном случае n = nЭ, где nЭ - эффективное число СМ, определяемое по формуле
nЭ = (ΣiП)2 / ΣiП2 .
При различных значениях КВ СМ в группе в расчете используется среднее значение КВС , равное
КВС = (1 / n) x ΣКВ .
Выбор сечения проводников производится по эффективной нагрузке по [5, 10], а защитная аппаратура для СМ выбирается по [8] в соответствии с выражениями:
IДД ≥ IЭ,
3х IДД ≥ IПВ НОМ ≥ 1,2 х iП ,
где IДД - длительно допустимый ток проводника; IПВ 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
XLν = ν x XL,
общее емкостное сопротивление элемента
XCν = XC / ν,
сопротивление системы
XC = UC2 / SК,
сопротивление трансформатора
XT = UK x UНОМ2 / ST,
сопротивление двигателя (принимается в момент пуска)
XДВ = UНОМ2 x sin φДВП / SДВП,
батарея конденсаторов (схема включения «звезда»)
XБК = 3 x UНОМ2 / QБК,
где ν - номер гармоники; UНОМ ,UC , UK - номинальное напряжение электроустановки, напряжение системы, напряжение короткого замыкания трансформатора соответственно; SK, ST, SДВП - мощность трехфазного короткого замыкания питающей энергосистемы, нагруженного силового трансформатора и двигателя при пуске соответственно; QБК - номинальная мощность батареи конденсаторов; sin φДВП - 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 Iν в отдельных элементах электрической сети, в том числе в БК. Эффективное значение тока в БК равно
IБК Э = √ΣIν2,
а кратность перегрузки батареи токами высших гармоник
КПЕР = IБК Э / IБК 1 ,
где IБК 1 = IНБК - ток основной частоты БК (номинальный).
При наличии защиты БК от перегрузки токами высших гармоник допустимое значение КПЕР = 1,3 [1]. Если расчетное значение КПЕР > 1,3, то следует рассмотреть мероприятия по ограничению IБКЭ. При этом возможны следующие решения:
-
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.
-
Расчет индивидуальных частотных фильтров соответствующих гармоник по [1,таблица 2.31].
-
Установка последовательно с БК реактора, сопротивление которого выбирается по условию XP > XБК / ν2, где ν - наименьшая из гармоник в месте установки БК.
-
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].