Розрахунок струмів короткого замикання для високовольтної та низьковольтної мережі

Керівник курсової роботи: Виконав:

студент Кай А. С.

(прізвище,ініціали)

_________________________

У розглянутій курсовій роботі маємо джерело води, і за допо

Вихідними даними для проектування є подача і параметри гідравлічної схеми насосної установки.

Задана подача насосної установки Q_з = 400 м^З/год – характеризується обсягом переміщуваної води в одиницю часу, і виміряється в м^З/год;

Довжина похилої ділянки трубопроводу – L_пох = 1500 м;

Кут нахилу до горизонталі похилої ділянки – α = 30⁰;

Довжина горизонтальної ділянки трубопроводу – L_гор = 800 м;

Віддаленість насосної станції від джерела живлення – L_від = 300 м;

Потужність к.з. S_кз на шинах високої напруги джерела живлення
складає S_кз =200 МВ∙А;

Категорія надійності – ІІ;

Приймаємо мінімальну освітленість Е_min = 150лк, у приміщенні насосної станції.
Обираємо лампи ДРЛ із типом світильника РСП - 16(КСС Г - 1).

Приймаємо коефіцієнти відбиття:

від стелі – 0,5;

від стін – 0,3;

від підлоги –0,1.

Серед додаткових споживачів насосної станції є ремонтний цех, активну і реактивну потужності для якого приймаємо: Р_ц = 175кВт; Q_ц = 220 квар.

Обираємо вимикач типу ВВЭ для високовольтної мережі.

Обираємо кабель ААБЛ на ВН.

Обираємо кабель чотирьохжильний АРНГ на НН.

2 Г

Схема гідравлічної установки зображена на Рис. 1

Рис. 1. Гідравлічна схема насосної установки

1 - водоприймальний басейн; H_r - геодезична висота;

2 - нагнітальний трубопровід; Н_вс - висота всмоктування;

3 - засувка; Н_нг - висота нагнітання;

4 - зворотний клапан; L _пох. =1500 м;

5 - манометр; L _гор = 800 м;

6 - насос; α =30^о.

7 - вакуумметр;

8 - всмоктувальний трубопровід;
9 - всмоктувальний клапан;
10 - водозбірник;
3 ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРУБОПРОВОДІВ І РОЗРАХУНОК ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОПРОВІДНОЇ МЕРЕЖІ

Згідно з гідравлічною схемою насосної установки внутрішній діаметр d_н,м нагнітального трубопроводу визначається виразом:

де Q₃ – задана подача насосної установки, Q_з = 400 м³/год;

V_p – рекомендована швидкість води в трубопроводі,V_p = 2,5 м/с.

Тоді отримаємо внутрішній діаметр:

Обчислена величина d_н округляється в мм до найближчого стандартного значення:

Діаметр всмоктувального трубопроводу приймається на 50 мм більшим, ніж нагнітального, отже:

, (3.1)

де H_т – сумарна втрата напору в трубопроводі, м;

Н_г – геодезична висота (статичний напір), м;

Q² – динамічний напір, м;

α – коефіцієнт гідродинамічного опору, год²/м⁵;

Q – подача води в трубопроводі, м³/год.

Коефіцієнт гідродинамічного опору визначається з врахуванням нагнітального й всмоктувального трубопроводу та у загальному випадку вираз має вигляд:

, (3.2)

де А_ді – питомий гідравлічний опір по довжині в залежності від діаметру трубопроводу, год²/м⁶;

А_мі – питомий гідравлічний місцевий опір по довжині в зваженості від діаметру трубопроводу, год²/м⁵;

L_j – довжина трубопроводу одного перерізу, м;

x_l – коефіцієнт місцевого опору арматури трубопроводу.

Значення питомих гідравлічних опорів в залежності від діаметра трубопроводу вибираємо з табл. 2 [1].

d_н = 250 мм _; d_вс = 300 мм;

А_днг = 0,207 год²/м⁶; А_двс = 0,079 год²/м⁶;

А_мнг = 1,63 год²/м⁵; А_мвс = 0,7871 год²/м⁵;

Що стосується місцевого опору, то враховують значення коефіцієнтів, обраних з табл.3 [1]:

На всмоктувальній частині:

вихід з труби 1,0

вхід у трубу 0,2

прийомний пристрій із клапаном 8,0

коліно, зігнуте під кутом 90° із заокругленнями 0,4

сума x_вс 9,6

На нагнітальній частині:

коліно, зігнуте під кутом150° із заокругленнями 2∙0,25

засувка 0,25

зворотний клапан 10,0

коліно, зігнуте під кутом 90° із заокругленнями 0,4

вхід у трубу 0,2

вихід із труби 1,0

сума x_нг 12,35

З рис.1 маємо:

· нагнітальна частина, м

L_нг = L_пох. + L_гор,

де L_пох = 1500 м;

L_гор = 800 м.

Н_нг = L_пох · sin α,

де α – кут нахилу, що дорівнює 30^о

Н_нг = 1500 · sin 30^о = 750 м

· геодезична висота, м

Н _г = Н_вс + Н_{нг ,}

де Н_вс = 3 м;

Н _г = 3 + 750 = 753 м

Розписавши формулу (3.2) вона буде мати такий вид:

a = А_днг ·L_нг + А_двс ·Н_вс + А_мнг · ∑x_{н г} + А_мвс · ∑x_вс

Підставивши в формулу вищерозраховані значення, для коефіцієнта гідродинамічного опору α:

А_мвс = 0,7871 год²/м⁵; А_мнг = 1,63 год²/м⁵;

А_двс = 0,079 год²/м⁶; А_днг = 0,207 год²/м⁶;

Н_вс = 3 м; L_нг = 2300 м;

x_вс = 9,6; x_{н г} = 12,35.

отримаємо:

a = (0,207 ·2300 + 0,079·3 + 1,63·12,35 + 0,7871·9,6)·10^-6 = 0,000504 год²/м⁵

З формули (3.1) характеристика трубопроводу має такий кінцевий вигляд:

Н _т = 753 + 0,000504Q²

Одним з найважливіших параметрів насосної установки є геодезична висота Н _г – повна висота рівня підйому води, виміряється в метрах. Відстань по вертикалі від рівня води в приймальній камері до вісі насоса називають висотою всмоктування Н _вс, яка також вимірюється в метрах.

Кожен насос має напірну характеристику Н _н = f (Q), характеристику ККД

η _н = f (Q), допустиму висоту всмоктування Н _доп.вс. Характеристики насосів можна виразити у вигляді аналітичних залежностей:

Н _н = H ₀ + AQ - BQ ²

η _н = aQ - bQ ² + cQ ³, (4.1)

де в даних виразах напірна характеристика має вигляд для одного робочого колеса;

H ₀, А, В, а, b, с – постійні коефіцієнти в залежності від типу насоса.

Приймаємо насос з табл.4 [1], типу ЦНСК500-160-800 з такими характеристиками:

подача Q = 500 м^З/год;

напір Н = 160 ¸ 800 м;

допустима висота всмоктування Н _доп.вс = 4,5 м

частота обертання двигуна 1475 хв^-1

напір одного колеса Н _н = 81,2+ 0,024 Q – 0,000055 Q ²

ККД η _н = 31·10^-4 Q – 3,6·10^-6 Q ² + 0,072·10^-8 Q ³

Прийнявши насос, подача якого Q _н ≥ Q _з, на одній діаграмі будується характеристика трубопроводу і напірна характеристика одного колеса обраного насоса, і прийнята кількість коліс, щоб перетинання характеристики насоса з декількома колесами і характеристики трубопроводу було в зоні заданої подачі (рис.2). Ця точка перетинання відповідає робочій точці насоса з параметрами Q _р і H _p. Будується характеристика ККД насоса і визначається η _р згідно Q _p.

Правильність вибору насоса визначається виконанням умов:

· відсутність кавітації.

H _вс < Н _доп.вс.

· подача необхідної кількості води;

Q _р ≥ Q _з

· подача води при спаданні напруги;

Н _г ≤ 0,9 Н ₀

· економічність роботи насоса;

η _р ≥ 0,95 η _max

Таблиця 1.Таблиця графіків трубопровідної мережі,напірних характеристик і ККД.

Рис. 2. Напірна характеристика. Характеристика ККД

Знаходимо параметри робочої точки насоса:

Q_р = 480 м^З/год;

Н_р = 880 м;

η_р = 0,738;

η_max = 0,74.

Перевіряємо умови на правильність вибору насоса:

· подача необхідної кількості води:

Q_р ≥ Q_з

480 > 400

· подача води при спаданні напруги:

Н _г ≤ 0,9 Н ₀
753 < 0,9·880
753 < 792

· економічність роботи насоса:

η _р ≥ 0,95 η _max

0,738 > 0,95·0,74

0,738 > 0,703

· відсутність кавітації:

H _вс ≤ Н _доп.вс.

3,0 < 4,5

Так, як всі умови виконуються, то обраний насос підходить. Приймаємо два насоси ЦНСК 500-160-800, у яких по 11 робочих коліс, так як насосна станція відносяться до IІ категорії.

Потужність електродвигуна насоса Р_д, кВт, обчислюється по формулі:

де K _з –коефіцієнт запасу, приймаємо K _з = 1,15;

Q _p = 480 м^З/год;

η _р = 0,738;

H _p = 880 м – параметри робочої точки насоса наведені на графіку;

ρ – густина води, ρ = 1000 кг/м³;

g – прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с².

Виходячи з отриманого значення Р_д вибираємо найближчу більшу стандартну потужність двигуна Р_н, орієнтуючись на трифазні асинхронні двигуни [2]

Асинхронний двигун типу ВАО 800L4:

Р_н = 2000 кВт; cosφ_н = 0,91;

U_н = 10 кВ; I_п / I_н = 6,5;

n_н = 1490 об/хв; М_п / М_ном = 1,5;

η_н = 96 %; М _max / M _п = 2,4.

Визначаємо коефіцієнт завантаження двигуна:

Визначаємо фактичний струм двигуна (А):

де фактичні значення коефіцієнта потужності і к.к.д. визначаються множенням номінальних значень на відносні, які знаходимо за значенням згідно
табл. 5[1].

При маємо такі значення:

– фактичне значення коефіцієнта потужності:

– фактичне значення к.к.д.:

Для визначення геометричних розмірів приміщення насосної установки потрібно знати габаритні розміри самої насосної установки, котрі показані
на рис. 3.

Рис. 3. Габаритні розміри насосної установки ЦНСК

Для насосу ЦНСК 500-160-800 габаритні розміри наведені нижче:

L = 6164 мм;

В = 1895 мм;

Н = 2390 мм.

Розміри приміщення насосної станції визначають виходячи з геометричних розмірів насоса і кількості насосів: довжина A = 16 м, ширина B = 11 м,
висота H = 8 м.

Схема розміщення насосної установки у приміщені показана на рис. 4

Рис. 4. Розміщення насосної установки в приміщені

Розрахунок освітлення ведеться методом світлового потоку. Приміщення за умовою сухе та чисте, коефіцієнт відбиття: від стелі – 0,5; від стін – 0,3; від підлоги – 0,1. Норма освітлення, згідно з [4], Е = 150 лк, коефіцієнт запасу приймаємо K_з=1,5.

де H –висота, H = 8 м;

h_p – робоча висота, h_p = 0,8 м;

h_c – висота кріплення світильника, h_c = 0,2 м.

Знаходимо індекс приміщення:

де А – довжина, A = 16 м;

B – ширина, B= 11 м;

h – висота підвісу світильника, h = 7 м.

По табл. 9 – 14 [3] знаходимо коефіцієнт використання світлового потоку h = 0,5. , для ламп ДРЛ λ =0,91.

Приймаємо L_a = 6,5 м.

Знаходимо кількість світильників(шт.):

Приймаємо кількість світильників N = 4.

Визначимо світловий потік, лм:

де k_з – коефіцієнт запасу, k_з = 1,5;

S – площа освітлювального приміщення, м²;

z – коефіцієнт нерівномірності освітлення, z =1,15.

Обираємо лампу ДРЛ - 125 зі світильником РСП - 21(КСС Г - 1) зі світловим потоком лампи Ф = 6000 лм.

Паспортні дані ДРЛ - 125:

Р = 125 Вт; I_p = 1,15 А;

U = 125 B; I_п = 2,4 А.

Світильники розміщуємо в 2 ряди по 2 в кожному.

Відстань між крайнім світильником в ряду і стіною, м:

де N_р – кількість світильників в ряду, N =2.

Відстань від світильника до стіни по ширині, м:

де – відстань між рядами,

n – кількість рядів, n = 2.

На Рис.5 показано схему розміщення світильників

Рис. 5. Схема розміщення світильників

Зробимо перевірку за точковим методом. Визначимо освітленіть для точки А. По рис. 5. знайдемо відстані від світильників до розглядуваної точки:

Маючи значення відстаней від світильників до розглядуваної точки, а також висоту підвісу світильників над підлогою, по кривим просторових ізолюкс Рис.6розрахуємо значення умовних освітленостей:

Рис 6. Криві просторових ізолюкс

= 3,2 лк

Знаходимо фактичну освітленість в розглядуваній точці за допомогою виразу(лк):

де Ф - світловий потік лампи, Ф = 6000 лм;

k_з - коефіцієнт запасу, k_з = 1,5;

μ- коефіцієнт неврахування освітленості від інших світильників;

μ = 1,15;

Σe - сума освітленостейвідсвітильників згідно кривих просторовихізолюкс(лм).

Знаходимо фіктивну освітленість для точки А:

Знайдене значения освітлення відповідає необхідному.

Визначаємо активну потужність системи освітлення, Вт:

Р_осв = N P

де N - кількість ламп, N = 4;

Р– потужність ламп ДРЛ, Р = 400 Вт.

Р_осв = 4 400 = 1600 Вт

Визначаємо реактивну потужність системи освітлення, В∙Ар:

Q_осв = Р_осв× tgj

Q_осв = 1600 0,62 = 922 В∙Ар

Насосна установка має власних споживачів, до яких належать:лебідки, очищення водоприймального пристрою, заливний насос, електричні приводи засувок, елементи автоматизації, кран з механізмом підйому, повороту, переміщення, цех для ремонту обладнання, освітлення.

Розрахунок приведено на прикладі розрахунку лебідки. Показники для інших споживачів зведені в табл.2.

Номінальна потужність лебідки Р_н = 4,5 кВт, кількість лебідок в насосній установці n = 1, сумарна потужність SР_н = Р_н n = 4,5 кВт, коефіцієнт потужності cosj = 0,65, коефіцієнт використання k_в = 0,2.

Проміжна потужність лебідки Р_пр (кВт):

Р_пр = k_в SР_н

Р_пр = 0,2 4,5 = 0,9 кВт

Проміжна реактивна потужність Q_пр(кВ∙Ар):

Q_пр = Р_пр tgj

Q_пр = 0,9 1,169 = 1,052 кВ∙Ар

Ефективне число електричних приймачів:

,

де - сума потужностей всіх власних споживачів насосної станції;

- сума квадратів потужностей всіх власних споживачів насосної станції.

Знаходимо груповий коефіцієнт використання:

,

де - сума проміжної потужності споживачів,

- сума активних номінальних потужностей, = 48,9 кВт.

По K_в =0,383 та n_еф = 9 згідно [7] визначаємо коефіцієнт розрахункового навантаження:

К_р = 1,1

Розрахункова активна потужність лебідки(кВт):

Р_р = ΣP_пр К_р,

де ΣP_пр = 18,73 кВт;

К_р - коефіцієнт максимуму.

Р_р = 18,73 1,1 =20,603 кВт

Розрахункова реактивна потужність лебідки, так, як < 10

Q_p = 1,1

Q_р = 1,1 19,878=21,866 квар

До власних потреб відносять і потужність ремонтного цеху, для якого приймаємо:

Р_ц = 180 кВт; Q_ц = 220 кар.

Повне навантаження власних потреб з врахуванням навантаження освітлення та потужності ремонтного цеху:

S_p =

Розрахуємо необхідну потужність трансформаторів власних потреб для встановлення їх при насосній станції:

Вибираємо наступні трансформатори власних потреб ТСЗ - 250/10з такими паспортними даними:

S_н = 250 кВ∙А; Р_х = 1000 Вт; I_х = 3,5 %.

U_вн = 10 кВ; Р_к = 3800 Вт;

U_нн = 0,4 кВ; U_к =5,5 %;

8 ЕЛЕКТРИЧНА СХЕМА ЖИВЛЕННЯ НАСОСНОЇ СТАНЦІЇ

Насосна станція живиться від ГПП, віддаленій на L_від= 300 м. На ГПП встановлені два понижуючі трансформатори з РПН 110/10 кВ. Для забезпечення захисту від замикання на землю i контролю ізоляції на шинах РП 10 кВ встановлено два трансформатори НТМИ-10 зi схемою з'єднання обмоток Y/0-A, живлення високовольтного двигуна забезпечується кабельною лінією на U = 10 кВ від РП ГПП. Захист двигуна виконується вимикачами. Власні потреби насосної станції отримують живлення від РУ двох трансформаторної підстанції з трансформаторами 10/0,4 кВ з ПБВ, котpi знаходяться в приміщенні насосної станції. Схема з'єднання шин - двохсекційна з АВР на високій та низькій сторонах. Для захисту низьковольтної сторони встановлені трансформатори струму.На Рис.8 показано електричну схему живлення насосної станціїї

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НТУУ «КПІ» ОЕ-12.11.03.17.2013П3

Рис.7. Електрична схема живлення насосної станції

9 ВИБІР МЕРЕЖІ ЖИВЛЕННЯ ОКРЕМИХ СПОЖИВАЧІВ СТАНЦІЇ

9.1 Високовольтна мережа

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НТУУ «КПІ» ОЕ-12.11.03.17.2013П3

9.1.1.Розрахунок живильної мережі двигуна насосу

Переріз F(мм²) живильного кабелю двигунів насосів при напрузі 10 кВ повинен задовольняти вимогам у відношенні гранично припустимого нагрівання при нормальних режимах роботи. Отже, умовою перевірки обраного перерізу живильного кабелю за допустимим струмом навантаження є

I_доп > I_р,

де I_р– розрахунковий струм, що протікає по живильному кабелю, А.

Вибираємо стандартне значення перерізу F = 16 мм² і кабель АВВГ-6(3 16).

Обраний стандартний переріз кабелю перевіряється з умов нагрівання, втрати напруги в нормальному режимі і термічній стійкості до струмів короткого замикання.

Перевірка за умовам нагрівання в нормальному режимі виконується згідно довідкових таблиць припустимих струмів у залежності від матеріалу, перерізу і виду провідника [3].

І _доп = 70 А > І _дв = 58,29 А - умова виконується.

Перевірку за втратою напруги(В) робимо за допомогою виразу:

, (9.1)

де l_k - довжина кабеля, км;

l_k = L_від К_пр

L_від – віддаленість насосної станції від джерела живлення, L_від = 300 м;

К_пр – коєфіцієнт провисання, К_пр = 1,05.

l_k = 0,3 1,05 = 0,315 км

r_o - питомий активний опір кабелю, Ом/км;

(9.2)

де - провідність матеріалу провідника, для алюмінію, = 32 м/Ом×мм²;

F- стандартний переріз силової жили кабелю, F = 16 мм²;

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НТУУ «КПІ» ОЕ-12.11.03.17.2013П3

 

х_о – питомий реактивний опір кабелю, х_о = 0,08 Ом/км;

cosj_ф– фактичний коефіцієнт потужності двигуна;

sinj_ф– відповідно до значення cosj_ф.

Підставивши розраховані величини у формулу (9.1) отримаємо:

Втрати напруги в мережі не повинні перевищувати 5% номінальної напруги.

,

де – номінальна напруга вибраного двигуна, = 10000 В.

Для перевірки кабелю на термічну стійкість струмів короткого замикання визначається мінімальний переріз кабелю F _mіn(мм²) виходячи з заданої потужності короткого замикання S_кз на шинах розподільного пристрою згідно виразу:

(9.3)

де t_ф - фіктивний час протікання к.з., при відсутності витримки часу приймають час спрацювання апаратури, приблизно t_ф = 0,25 с;

С - розрахунковий коефіцієнт в залежності від матеріалу провідника, для алюмінію С = 88;

- стале значення струму к.з., А.

(9.4)

де S_кз–потужність к.з., S_кз =220 МВ∙А;

U - напруга високовольтної мережі, на 5% більше від номінального значення, кВ;

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НТУУ «КПІ» ОЕ-12.11.03.17.2013П3

Підставивши значення в (9.3):

Переріз силової жили кабелю F = 16 мм² повинен дорівнювати чи бути більше, ніж мінімальне відповідно до умови термічної стійкості до струмів к.з.

Умова не виконується.

Переріз силової жили кабелю F = 70 мм² є більшим, ніж мінімальне значення відповідно до умови термічної стійкості до струмів к.з.

Отже, умова виконується і тоді обираємо кабель ААБЛ-10(3´70).

9.1. 2.Вибір кабелю від ГПП до трансформаторів насосної установки

Розраховуємо струм трансформатора в аварійному режимі:

Вибираємо стандартне значення перерізу F = 16 мм² і кабель ААБЛ-10(3×16).

Обраний стандартний переріз кабелю перевіряється з умов нагрівання в нормальному режимі, допустимої втрати напруги в нормальному режимі і термічної стійкості до струмів к.з.

Перевірка за умовами нагріву в нормальному режимі виконується згідно довідкових таблиць припустимих струмів у залежності від матеріалу, перерізу і виду провідника.

І <І_доп

20,207 <35

Перевірка за втратою напруги.

Згідно (9.2):

Ом/км

Згідно (9.1):

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

НТУУ «КПІ» ОЕ-12.11.03.17.2013П3

∆U складає 0,78 % від U_н, що задовольняє умові.

---

Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

123456Следующая ⇒

---

Мы поможем в написании ваших работ!