Электрический расчет высоковольтных линий продольного электроснабжения и ответвлений

Оглавление TOC \o "1-3" \h \z \u Исходные данные PAGEREF _Toc36069909 \h 3Введение PAGEREF _Toc36069910 \h 31. Электрический расчет высоковольтных линий продольного электроснабжения и ответвлений PAGEREF _Toc36069911 \h 61.1. Определение расчетных нагрузок и расчет потокораспределения токов и мощностейпо участкам электрической сети PAGEREF _Toc36069912 \h 61.2. Выбор мощности силового трансформатора комплектных трансформаторных подстанций PAGEREF _Toc36069913 \h 121.3. Выбор и проверка по допустимым условиям сечений и марок проводов и кабелей линий продольного электроснабжения PAGEREF _Toc36069914 \h 132. Расчет и выбор характеристик защиты от многофазных коротких замыканий PAGEREF _Toc36069915 \h 213. Организация безопасных условий труда на высоковольтных линиях продольного электроснабжения и комплектных трансформаторных подстанциях PAGEREF _Toc36069917 \h 26Заключение PAGEREF _Toc36069918 \h 29Библиографический список PAGEREF _Toc36069919 \h 30Исходные данные Вариант 862. Расчетная схема - 2. Рисунок 1 – Схема сетиТП основного питания - А. Марка трансформатора питающей сети - ТМН-1000/35/6,3 Напряжение ВЛ ПЭ Uвл=6,кВ Среднегеометрическое расстояние между проводами ВЛ ПЭ lср=1,5,м Длины участков l1=2,км;l2=8,км;l3=5,км;l4=4,км;l5=0,55,км;l6=0,38,км;l7=0,18,км;l8=0,16,км;l9=0,14,км;l10=0,3,км;l11=0,22,км;l12=0,4,км;l13=0,14,км Коэффициент мощности потребителей cosφВ=0,87;cosφГ=0,88;cosφЕ=0,89;cosφЖ=0,9;cosφЗ=0,86;cosφИ=0,85;cosφК=0,87;cosφЛ=0,87;cosφМ=0,67;cosφН=0,9 Мощность активной нагрузки PВ=600,кВт;PГ=560,кВт;PЕ=40,кВт;PЖ=14,кВт;PЗ=10,кВт;PИ=7,кВт;PК=6,кВт;PЛ=10,кВт;PМ=11,кВт;PН=12,кВт;P0=110,Вт/м Допустимая потеря напряжения ΔUдоп=7,% Коэффициент одновременности K0=0,88 Мощность КЗ системы в минимальном режиме Sк.мин=70,МВАВведение На участках железной дороги с автономной тягой и электрифицированных по системе постоянного тока участках железной дороги высоковольтные линии продольного электроснабжения (ВЛ ПЭ) выполняют роль линии резервного питания для железнодорожных устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Наряду с этим, от ВЛ ПЭ осуществляется основное питание всех остальных нетяговых железнодорожных потребителей (силовые и осветительные нагрузки промежуточных станций, локомотивные и вагонные депо, электрифицированные механизмы и инструменты путевых бригад и пр.), а также электропитание не железнодорожных потребителей, расположенных на прилегающих к железной дороге территориях [1]. Целью данной работы является расчет нагрузок и выбор проводов и кабелей для электрических сетей высокого (6 кВ) и низкого (0,4 кВ) напряжений, а также выбор типа и мощности трансформаторов 6/0,4 кВ.1. Электрический расчет высоковольтных линий продольного электроснабжения и ответвлений1.1. Определение расчетных нагрузок и расчет потокораспределения токов и мощностей по участкам электрической сетиРасчет электрических нагрузок производим в соответствии с указаниями, приведенными в [14].Определяем реактивные мощности нагрузок по формуле (1)Qi=Pi⋅tgφi(2)Для узла ВQВ=PВ⋅tgφВ=600⋅0,5667=340,кВАр(3)Расчет для остальных узлов приведен в табл. 1Таблица 1.Реактивная нагрузка потребителейУзелВГЕЖЗИКЛМНQi,кВАр340302,220,496,785,9334,3383,45,66712,185,811Мощности на головном участке ВЛ ПЭ PТП1=PВ+PЛ+PГ+PЕ+PЖ+PЗ+PИ+PМ+PК+P0⋅l12=(4)=600+10+560+40+14+10+7+11+6+110⋅0,4=1302,кВт;QТП1=QВ+QЛ+QГ+QЕ+QЖ+QЗ+QИ+QМ+QК= (5)=340+5,667+302,2+20,49+6,78+5,933+4,338+12,18+3,4==701,кВАр Мощность узла нагрузки, от которого питаются несколько ЭП – узел Д’, являющийся шинами НН трансформаторной подстанцииPуз=PЕ+PЖ+PЗ+PИ+PМ+PК+P0⋅l12= (6)=40+14+10+7+11+6+110⋅0,4=132,кВт;Qуз=QЕ+QЖ+QЗ+QИ+QМ+QК= (7)=20,49+6,78+5,933+4,338+12,18+3,4=53,13,кВАр; Sуз=K0⋅Pуз2+Qуз2=0,88⋅1322+53,132=125,2,кВА(8) Найдем мощности, протекающие по каждому участку линии при питании от ТП А PтпА.1=PТП1=1302,кВт;(9)QтпА.1=QТП1=701,кВАр;(10)PтпА.2=PтпА.1-PВ=1302-600=702,кВт;(11)QтпА.2=QтпА.1-QВ=701-340=361,кВАр;(12)PтпА.3=PтпА.2-Pуз=702-132=570,кВт; (13)QтпА.3=QтпА.2-Qуз=361-53,13=307,9,кВАр;(14)PтпА.4=PтпА.3-PЛ=570-10=560,кВт;(15)QтпА.4=QтпА.3-QЛ=307,9-5,667=302,2,кВАр(16) Аналогично находим мощности, протекающие по каждому участку линии при питании от ТП Б. Результаты сводим в табл. 2Таблица 2.Мощности, протекающие по участкам сети при питании от ТП БУчасток2345Pi,кВт6007327421302Qi,кВАр340393,1398,8701Аналогично определяем мощности, протекающие по участкам сети 0,4 кВ. Результаты сводим в табл. 3.Таблица 3.Мощности, протекающие по участкам сети 0,4 кВУчасток6789101113Pi,кВт40546418504411Qi,кВАр20,4927,2733,216,523,4012,18Делаем проверку Pуз=132,кВт; (17)P8+P9+P10=64+18+50=132,кВт; (18)Qуз=53,13,кВАр; (19)Q8+Q9+Q10=33,2+16,52+3,4=53,13,кВт(20) Расчеты верны. Определяем токи, протекающие по участкам сети при питании от ТП А Ii=Pi2+Qi23⋅Uн (21)Для участка 1IтпА.1=PтпА.12+QтпА.123⋅Uвл=13022+70123⋅6=142,2,А (22)Расчеты для других участков. а также при питании от ТП Б, аналогичны. Результаты сводим в табл. 4 и 5.Таблица 4.Токи, протекающие по участкам сети при питании от ТП АУчасток12345I,А142,275,9662,3461,23- Таблица 5.Токи, протекающие по участкам сети при питании от ТП БУчасток12345I,А-66,3679,9581,06142,2Аналогично определяем токи участков сети 0,4 кВ (табл. 6)Таблица 6.Токи, протекающие по участкам сети 0,4 кВУчасток6789101113I,А64,8787,3110435,2772,3363,523,69Рисунок 2 – К расчету потокораспределения активных мощностейРисунок 3 – К расчету потокораспределения реактивных мощностейРисунок 4 – К расчету потокораспределения токов1.2. Выбор мощности силового трансформатора комплектных трансформаторных подстанцийВ курсовой работе предусматривается установка однотрансформаторной КТП. Мощность узла нагрузки, от которого питаются несколько ЭП (см. ф. 8) Sуз=125,2,кВА Номинальная мощность трансформатора выбирается по условию Sном≥Sрасч(23)160, кВА≥125,2 кВА (24) Принимаем трансформатор типа ТМ-160/6 с характеристиками [15] Sном.КТП=0,16,МВА;Pхх.КТП=0,51,кВт;Pкз.КТП=2,65,кВт;uк.КТП=4,5,%;Iхх.КТП=2,4,%КТП предназначены для приема электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 6 или 10 кВ, преобразования в электроэнергию напряжением 0,4 кВ и снабжения ею потребителей [7]. КТП изготавливаются в климатическом исполнении УХЛ категории размещения «1», тип атмосферы «II» по ГОСТ 15150-69 для работы при температуре от –600 С до +400 C, относительной влажности до 80% при температуре +200 С. Высота над уровнем моря – не более 1000 м. Окружающая среда – невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей или агрессивной пыли и паров в концентрациях, разрушающих металлы, покрытия и изоляцию. КТП не предназначены для: 1) работы в условиях тряски, вибрации, ударов; 2) ввода питания со стороны низшего напряжения.Рисунок 5 – Габаритные размеры КТП Рисунок 6 – Установочные размеры КТП 1.3. Выбор и проверка по допустимым условиям сечений и марок проводов и кабелей линий продольного электроснабженияРасчет для ВЛ ПЭ 6 кВ. Расчетный рабочий ток головного участка сети – участка 1Iраб.макс=PТП12+QТП123⋅Uвл=13022+70123⋅6=142,2,А (25) Принимаем экономическую плотность тока jэ=1,1,А/мм2 [2] Сечение проводника по экономической плотности тока Sэк=Iраб.максjэ=142,21,1=129,3,мм2 (26) Принимаем стандартное сечение провода S=185,мм2 Для обеспечения требуемой величины потери напряжения принимаем количество параллельных проводов n=2 Проверяем выбранное сечение по условию допустимой длительной токовой нагрузки Iраб.макс выполняется, следовательно, селективность выбранных типов защит трансформатора КТП от многофазных токов КЗ обеспечена. Рисунок 10 – Времятоковые характеристики автоматического выключателяРисунок 11 – Времятоковая характеристика выбранного предохранителя и приведенная к стороне 6 кВ времятоковая характеристика автоматического выключателя3. Организация безопасных условий труда на высоковольтных линиях продольного электроснабжения и комплектных трансформаторных подстанцияхЖелезобетонные и металлические опоры и их фундаменты в процессе эксплуатации подвергаются постоянным и переменным нагрузкам, а также природным воздействиям окружающей среды, которые могут спровоцировать появление различных повреждений, в том числе и коррозионных.Состояние железобетонных опор, элементов металлических опор и их фундаментов оценивают на основе их обследования: анализа результатов визуального осмотра надземной и подземной части конструкций, а также данных, касающихся агрессивности почвы и атмосферы, величин воздействующих нагрузок.Контроль состояния фундаментов опор включает:- определение фактических нагрузок на фундамент;- определение фактических характеристик бетона и арматуры фундамента, при этом производится вскрытие подземной части на глубину 0,5-0,7 м;- определение состояния анкерных болтов;- ознакомление с техническим состоянием, условиями и особенностями эксплуатации (физико-механические свойства грунта; наличие агрессивной среды и т.д.),- определение деформации (только для опор, имеющих наклон стоек).Новые железобетонные опоры также нуждаются в проверке, в том числе на соответствие ГОСТу.При обследовании опор линий электроэнергетики (металлических, железобетонных,) проводятся следующие работы:- определение фактических нагрузок на опору;- определение фактических характеристик бетона, металла.- ознакомление с условиями и особенностями эксплуатации (характеристика трассы, наличие загрязненной или агрессивной среды и т.д.).При эксплуатации внешним осмотром проверяют состояние надземной части поверхности опор. Подземную часть фундамента осматривают в процессе откопки. Откопку проводят в два этапа со сторон наименьшей зоны нагрузок на глубину до уровня грунтовых вод или до 2/3 глубины заложения, предварительно установив временные оттяжки. Открытую поверхность бетона обстукивают молотком и выявляют сколы, трещины и подтёки ржавчины.Выявляют дефекты: сколы бетона, нарушение гидроизоляционного слоя, выветривание повреждённого слоя бетона, поперечные и продольные трещины. Трещины осматривают через микроскоп или лупу, величину их раскрытия определяют щупом. Длину трещины измеряют рулеткой или линейкой. Для контроля за развитием трещины устанавливают гипсовую марку, а концы трещины отмечают краской или насечкой на бетоне.В ходе планового контрольного осмотра проверяются:- состояние маркировки опор;- наличие посторонних предметов и состояние растительности на трассе линии и непосредственно вокруг оснований опор;- соответствие конструкции опор данным техучета;- вертикальность опор с учетом необходимых уклонов при несимметричности натяжений проводов по направлениям и профиля линии по рельефу;- наличие перехлеста проводов и набросов посторонних предметов на провода, кабели, траверсы и кабельные площадки;- наличие потеков пропиточного антисептика;- степень загнивания деревянных столбов, подпор и приставок у поверхности земли, в местах наложения хомутов и прилегания столбов к приставкам;- наличие загнивания деревянных столбов, подпор, приставок по всей высоте визуальным осмотром;- наличие механических повреждений деревянных и железобетонных столбов, приставок, деревянных подпор и болтов их крепления, состояние и натяжение хомутов крепления столбов к приставкам, тросов оттяжек и якорных креплений оттяжек;- целостность и надежность пола и ограждений кабельных площадок, состояние кабельных ящиков и коробов, ступенек на кабельных опорах;- состояние молниеотводных спусков, защитных планок молниеотводных спусков при отсутствии искровых промежутков;- целостность и положение траверс, состояние их креплений;- целостность и состояние линейной арматуры, тросов подвески кабелей и креплений кабелей к тросам, чистота изоляторов;- величины стрелы провеса проводов и соблюдения габаритов на переходах и в пересечениях, в том числе проводов пересекаемых воздушных линий, с целью определения необходимости измерений.ЗаключениеВ ходе выполнения данной работы были приобретены практические навыки по выбору и расчету кабелей и проводов линий электроснабжения на напряжении 6 кВ и 0,4 кВ, а также по выбору понижающего трансформатора 6/0,4 кВ и высоковольтного предохранителя для его защиты.В качестве проводов для воздушных линий электропередач был выбран провод АС-185. При этом для обеспечения потери напряжения в линиях не больше заданной величины в 7% необходимо использовать два провода, соединенных в параллель.Выбранные в работе сечения кабелей на напряжение 0,4 кВ также значительно выше требуемых по условию не превышения максимально допустимого тока в кабеле, что также вызвано необходимостью обеспечения требуемой потери напряжения в линиях не более 7%. В качестве понижающего трансформатора выбран трансформатор ТМ-100/10 (6). Для его защиты применен предохранитель ПКТ-103-10-20-31,5 УЗ.Библиографический список1. Электроснабжение нетяговых потребителей железнодорожного транспорта. Устройство, обслуживание, ремонт : учебное пособие [Текст] / под ред. В.М. Долдина. – М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2010. – 304 с. 2. Правила устройства электроустановок [Текст] : [утв. Минэнерго Российской Федерации 8 июля 2002 г.]. – 7-е изд. – М. : СПб ДЕАН, 2009. – 701 с. 3. Ратнер, М.П. Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог [Текст] / М.П. Ратнер, Е.Л. Могилевский. – М. : Транспорт, 1985. – 295 с. 4. Макашёва, С.И. Электроснабжение нетяговых потребителей : практикум [Текст] / С.И. Макашёва. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2015. – 91 с. 5. Пинчуков, П.С. Релейная защита систем электроснабжения. Токовые защиты : учеб. пособие [Текст] / П.С. Пинчуков. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2014. – 74 с. 6. РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. – М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 7. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://alttrans.nt-rt.ru/images/showcase/ktp-catalog.pdf8. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://n-kabel.ru/position/a-as-150-24/9. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://cable.ru/cable/kabel-4-zhily_150-mm_v_group-aashv.php10. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://clive-group.ru/catalog/kabel-provod/kabel-silovoy/kabel-avvg-1kv/11. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://pro-rza.ru/dlya-lyubitelej-predohranitelej/12. Электронный ресурс. – Режим доступа: http://nva-korenevo-ru.1gb.ru/download/catalog/catalog-pkt.pdf13. Электронный ресурс. – Режим доступа: https://www.energy-t.ru/about/articles/sovremennyie-metodyi-borbyi-s-gololyodnyimi-otlozheniyami-na-provodax-vozdushnyix-linij-elektroperedachi-sredstvami-silovoj-elektroniki.html14. Макашёва, С.И. Расчёт линий продольного электроснабжения нетяговых потребителей : методические указания на выполнение курсовой работы по дисциплине «Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей» [Текст] / С.И. Макашёва. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2016. – 39 с. 15. Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: уч. пособие для ВУЗов [Текст] / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков - М.:Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.