Цель работы: 1.Определить потери мощности и активной и реактивной электроэнергии в силовых трансформаторах.
2. Определить потери мощности и активной и реактивной электроэнергии в кабельных линиях.
Литература: 1. Липкин Б.Ю. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» Москва 1990г. стр.92 -98
2.Конспект
Методические указания
Потери мощности в трансформаторах.
Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной ∆Рт и потерь реактивной ∆Qт мощности.
Потери активной мощности состоят из потерь, идущих на нагревание обмоток трансформатора ∆Р, зависящих от тока нагрузки, и потерь, идущих на нагревание стали ∆Рст., не зависящих от тока нагрузки.
При этом полные активные потери
∆Рт = ∆Р + ∆Рст. = (
+ 
) Rт/ 
+ ∆Рст., (кВт*ч)
где ∆Р - потери, идущие на нагревание обмоток трансформатора;
∆Рст. - потери, идущие на нагревание, стали,
Р – активная мощность, передаваемая трансформатором;
Q - реактивная мощность, передаваемая трансформатором;
Rт – сопротивление обмоток трансформатора;
Uн – номинальное напряжение трансформатора.
Потери реактивной мощности состоят из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе ∆Q, зависящих от квадрата тока нагрузки, и потерь, идущих на намагничивание трансформатора ∆Q м, не зависящих от тока нагрузки, которые определяются током ХХ (iхх).
∆Qт = 
(uк* 
+ iхх) (квар*ч)
S н.тр. – номинальная мощность силового трансформатора;
где iхх – ток хх трансформатора, %;
uк – напряжение кз,%
Кзг – коэффициент загрузки трансформатора.
Суммарные активные потери электроэнергии
∆W = ∆Рм.ном. 
τ + ∆Рст Тв (кВт*ч)
∆V= 
(uк* + iхх Тв) (квар*ч)
Потери мощности в кабельных линиях.
Если известны расход электроэнергии W, учтенный за определенное время (сутки, год), а также максимальная мощность нагрузки Рмакс., то можно найти время Тмакс, в течение которого данная линия могла бы передать эту электроэнергию.
Тмакс = W / Рмакс. (час.)
По величинам W и Тмакс можно определить максимальный ток за рассматриваемый промежуток времени (сутки, год)
Iмакс = W/ (Тмакс* 
* Uн *cos φ) (А)
При расчете потерь мощности и электроэнергии по максимальному току вводится понятие времени потерь τ, которое зависит от времени использования максимума Тмакс и коэффициента мощности cos φ. Зная эти величины, по кривым зависимости τ= f (Тмакс, cos φ) находят время потерь τ, затем определяют активные и реактивные потери электроэнергии
∆W = 3 
R * τ (кВт*ч)
∆V = 3 Х * τ (кВар*ч)
Значение активного сопротивления кабельной линии R находится по формуле
R = ro*l (Ом)
где ro – удельное активное сопротивление кабеля данного сечения, находится по таблице 2
l – длина линии в км, берется из таблицы исходных данных
Значение индуктивного сопротивления кабельной линии Х находится по формуле
X = xo*l (Ом)
где хo – удельное индуктивное сопротивление кабеля данного сечения, находится по таблице 2
Зная потери электроэнергии, можно найти соответствующие им потери мощности
∆Р = ∆W / τ (кВт*ч)
∆Q= ∆V / τ (кВар*ч)
Выполнение расчетов
1.Определяем потери мощности в силовом трансформаторе
1.1.Определяем каталожные данные силового трансформатора по таблице 1
Таблица 1
Каталожные данные силового трансформатора
| Тип | Мощность Sн.тр., кВА | U1 кВ | U2 кВ | ∆Рст. кВт | ∆Рм кВт | Iхх % | uк % |
| ТМ-160 | 10; 6 | 0,4 | 2,65 | 0,565 | 2,4 | 4.5 | |
| ТМ-250 | 10; 6 | 0,4 | 3,7 | 0,82 | 2,3 | 4,5 | |
| ТМ-400 | 10; 6 | 0,4 | 5,5 | 1,05 | 2.1 | 4,5 | |
| ТМ-630 | 10; 6 | 0,4 | 7,6 | 1,56 | 5,5 | ||
| ТМ-1000 | 10; 6 | 0,4 | 12,2 | 2,45 | 1.4 | 5,5 | |
| ТМ-1600 | 10; 6 | 0,4 | 3,3 | 1.3 | 5,5 | ||
| ТМ-2500 | 10; 6 | 0,4 | 4,6 | 5,5 | |||
| ТМ-4000 | 10; 6 | 0,4 | 33,5 | 6,4 | 0,9 | 5,5 |
1.2.По графику для Тмакс. и соs φ находим время потерь τ
1.3.Определяем годовые потери активной и реактивной электроэнергии в силовом трансформаторе
∆Wт = ∆Рм.ном. τ + ∆Рст Тв (кВт*ч)
Подсчитываем стоимость потерь активной электроэнергии
Ст.пот.= ∆Wт* 3,09 (руб)
∆V= (uк* + iхх Тв) (квар*ч)
1.4.Определяем количество передаваемой электроэнергии за год
W = Sмакс.* cos φ *Тмакс (кВт*ч)
Подсчитываем стоимость передаваемой за год электроэнергии
Ст.эл эн..= W* 3,09 (руб)
Все данные берем из таблицы исходных данных
1.5.Проверяем потери активной электроэнергии в процентах от потребленной
∆Wгод. = 
*100 (%)
2.Определяем потери мощности в кабельных линиях.
2.1.Находим сопротивление кабеля
X = xo*l (Ом)
R = ro*l (Ом)
Значения удельных активных и индуктивных сопротивлений кабеля xo и ro находим по таблице 2; значение длины кабельной линии берем из исходных данных.
Таблица 2
Активное и индуктивное сопротивление кабелей
Сечение
кабеля,
| Активное сопротивление, Ом / мм | Индуктивное сопротивление, Ом / мм, при напряжении | ||
| алюминий | медь | 6 кВ. | 10 кВ. | |
| 2.5 | 11,75 | 7,17 | - | - |
| 7,85 | 4,5 | - | - | |
| 4,9 | 3,0 | - | - | |
| 2,94 | 1,79 | 0,11 | 0,122 | |
| 1,84 | 1,12 | 0,102 | 0,113 | |
| 1.17 | 0,716 | 0,091 | 0,099 | |
| 0,84 | 0,514 | 0,087 | 0,095 | |
| 0,589 | 0,359 | 0,083 | 0,09 | |
| 0,42 | 0,256 | 0,08 | 0,086 | |
| 0,31 | 0,189 | 0,078 | 0,083 | |
| 0,245 | 0,15 | 0,076 | 0,081 | |
| 0,196 | 0,12 | 0,074 | 0,079 | |
| 0,159 | 0,097 | 0,073 | 0,077 | |
| 0,125 | 0,075 | 0,071 | 0,075 |
2.2.Определяем максимальную мощность нагрузки
Рмакс. = *Uн *Iмакс. *cos φ (кВт)
2.3.Находим время использования максимума нагрузки
Тмакс = W / Рмакс. (час.)
2.4.По графику для найденных значений Тмакс и cos φ находим время потерь τ
2.5.Определяем активные и реактивные потери электроэнергии
∆W = 3 R * τ (кВт*ч)
∆V = 3 Х * τ (кВар*ч)
Подсчитываем стоимость потерь активной электроэнергии
Ст.пот = ∆Wт* 3,09 (руб)
Подсчитываем стоимость передаваемой за год электроэнергии
Ст.эл эн..= W* 3,09 (руб)
2.6.Определяем потери активной электроэнергии в процентах от потребленной
∆Wгод. = (%)
3.Заполняем таблицу результатов расчетов
Таблица 3
Таблица результатов расчетов
| ∆W кВт*ч | ∆V кВар*ч | W кВт*ч | Ст.эл эн руб. | τ час | ∆Wгод % | Рмакс. кВт | Ст.пот руб. | Тмакс час. | |
| Силовой трансформатор | - | - | |||||||
| Кабельная линия | - |
Содержание отчета
1.Тема и цель работы.
2.Литература.
3.Таблица исходных данных.
4. Расчет потерь электроэнергии в силовом трансформаторе.
5. Расчет потерь электроэнергии в кабельной линии.
6.Таблица результатов расчета.
7.Ответы на контрольные вопросы.
8.Вывод по проделанной работе.
Контрольные вопросы.
1.Составляющие потерь активной и реактивной мощности в силовых трансформаторах.
2.Что такое время потерь?
3.На что влияют потери электрической энергии?
Таблица 4
Таблица исходных данных
| № Вар. | Uн кВ | L км | S
| W кВт*ч | Iмах А | cos φ | Sмах кВА | Sн.тр. кВА | Tмах тр-ра час. |
6,2* 
| 0,97 | ||||||||
| 8,4*
| 0,93 | ||||||||
| 5*
| 0,8 | ||||||||
| 4,8 | 3,9*
| 0,75 | |||||||
| 3.75 | 8,4*
| 0,6 | |||||||
| 8,2 | 6,9*
| 0,7 | |||||||
| 7,4 | 7,4*
| 0,88 | |||||||
| 8,1*
| 0,93 | ||||||||
| 6,8 | 4,4*
| 0,87 | |||||||
| 5,2 | 5,8*
| 0,91 | |||||||
| 6,1*
| 0,97 | ||||||||
| 7,8 | 8,25*
| 0,92 | |||||||
| 5,8 | 5,3*
| 0,8 | |||||||
| 3,8 | 6,9*
| 0,75 | |||||||
| 4.75 | 8,6*
| 0,8 | |||||||
| 8,5 | 6,9*
| 0,87 | |||||||
| 7,45 | 7,4*
| 0,88 | |||||||
| 8,18*
| 0,95 | ||||||||
| 6,8 | 4,8*
| 0,87 | |||||||
| 9,7*
| 0,97 | ||||||||
| 8,3 | 7,4*
| 0,93 | |||||||
| 5,6 | 6,8*
| 0,8 | |||||||
| 4,8 | 5,9*
| 0,95 | |||||||
| 3.75 | 9,8*
| 0,9 | |||||||
| 8,8 | 8,9*
| 0,7 | |||||||
| 7,4 | 7,9*
| 0,88 | |||||||
| 10,5 | 9,1*
| 0,93 | |||||||
| 6,8 | 5,4*
| 0,87 | |||||||
| 8,3 | 10,4*
| 0,93 | |||||||
| 5,6 | 9,8*
| 0,8 |
Практическая работа № 5
Тема: Выбор токоведущих частей с учетом действия токов короткого замыкания
Цель работы: 1. Освоить методику выбора сечения питающего высоковольтного кабеля и распределительного шинопровода.
2.Научиться проверять выбранные сечения на термическую стойкость при действии токов короткого замыкания.
3.Научиться проверять сечения питающих кабелей на потерю напряжения.
4.Научиться проверять выбранное сечение шинопровода на динамическую стойкость при действии токов короткого замыкания.
Литература: 1. Липкин Б.Ю. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» Москва 1990г. § 6.3.
2.Конспект
Методические указания
К токоведущим частям относятся воздушные, кабельные линии и шины распределительного устройства.
Сечение высоковольтных воздушных и кабельных линий выбирается по экономической плотности тока
Sэк = 
;
Значение экономической плотности тока выбирается по таблице 1
Тип проводов и кабелей выбирается студентом, при этом следует помнить, что согласно ПУЭ следует применять провода и кабели с алюминиевыми жилами.
Расчетный ток определяется по формуле
Iр = 
;
Если значение коэффициента полезного действия не задано, обычно берется значение 0,9 (90%).
Выбранное сечение проверяется на потерю напряжения.
Расчетная величина потери напряжения
;
где r и x - удельные значения активного и индуктивного сопротивлений провода или кабеля найденного сечения определяется по таблице 2.
Значение напряжения берется в вольтах, а длина линии l – в километрах.
Проверка на термическую стойкость.
Проверку на термическую стойкость проводят только для кабелей.
Для проверки аппаратов и токоведущих частей на термическую стойкость при коротких замыканиях
1.Необходимо определить величину теплового импульса КЗ – Вк, пропорционального количеству выделяемого при этом тепла.
Вк = Iп.о. 
* (tотк+ Та), 
где Iп.о - сверхпереходной ток короткого замыкания (максимальное значение);
tотк - действительное время протекания тока КЗ, выбирается студентом. Обычно значение tотк = 0,2 – 1 с.
Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. Для напряжения 6…10 кВ Та = 0,01с; для напряжения 35…110 кВ Та = 0,02с.
2.Определить значение минимального допустимого сечения, которое сможет отвести данный тепловой импульс
Sмин = 
Ход работы
1.Заполняем таблицу исходных данных по таблице 1
2.Определяем расчетный ток линии
Iр = ; (А)
где значение мощности Рн, напряжения Uн, cos φ берем из таблицы исходных данных.
Если значение коэффициента полезного действия η не задано, обычно берется значение 0,9 (90%).
3. Сечение высоковольтных воздушных и кабельных линий выбирается по экономической плотности тока
Sэк = ;
Значение экономической плотности тока выбирается по таблице 2.
Тип кабеля выбирается по номеру студента в журнале:
для четных вариантов - кабель ААБ
для нечетных – кабель АВВР
Значение Тмакс. берем из таблицы исходных данных.
Полученное значение приводится к стандартному значению (смотрите значения сечений из левой графы таблицы 3)
4.Выбранное сечение проверяем на потерю напряжения
Расчетная величина потери напряжения
;
Где значения r и x - удельные значения активного и индуктивного сопротивлений кабеля найденного сечения определяется по таблице 3.
Значение напряжения берется в вольтах, а длина линии l – в километрах.
Полученное значение сравнивается с допустимым, равным 5 % и делается вывод – прошел ли выбранный кабель проверку. Если получают более 5 %, то выбирают кабель большего сечения и вновь делают проверочный расчет.
5.Выбранное сечение проверяем на термическую стойкость.
5.1. Необходимо определить величину теплового импульса КЗ – Вк, пропорционального количеству выделяемого при этом тепла.
Вк = Iп.о. * (tотк+ Та),
где Iп.о - сверхпереходной ток короткого замыкания (берем из таблицы исходных данных);
tотк - действительное время протекания тока КЗ, берем из таблицы исходных данных;
Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. Для напряжения 6…10 кВ Та = 0,01с;
5.2. Определить значение минимального допустимого сечения, которое сможет отвести данный тепловой импульс
Sмин = 
Здесь С – термический коэффициент, принимаемый
-для кабелей с алюминиевыми жилами с бумажной изоляцией на 6 кВ – 98; на 10 кВ – 100;
-для кабелей с алюминиевыми жилами и полиэтиленовой и резиновой изоляцией на 6 кВ – 62 и 10 кВ – 65;
5.3. Делаем вывод, прошел ли кабель проверку на термическую стойкость.
6.Выбираем по расчетному току сечение алюминиевого шинопровода прямоугольной формы по таблице 4
Сечения шин РУ выбирают по условию нагрева длительным рабочим током. Для РУ 6 и 10 кВ обычно применяют алюминиевые шины прямоугольного сечения.
Условия выбора сечения шин – Iдл.доп 
Выбранные шины проверяются по условиям термической и динамической стойкости.
7.Проверяем выбранные шины на термическую стойкость
Определяем минимально допустимое сечение по нагреву током короткого замыкания
Sмин = 
Здесь Вк – расчетная величина теплового импульса; значение Вк берется в 
С – термический коэффициент; -для алюминиевых шин – 95
Sвыбр – сечение шин, например, для шин сечением 60*6мм Sвыбр= 60*6=360 
Делаем вывод,прошел ли шинопровод проверку на термическую стойкость.
8.Проверяем шины на динамическую стойкость.
Определяем силу, действующую на шину средней фазы при трехфазном КЗ
F = 
; Н
где iу – максимальный ударный ток на шинах низшего напряжения; А
а – расстояние между осями фаз, определяется непосредственно для
принятого к установке типа ячейки РУ 6 или 10 кВ; при отсутствии таких данных для ячеек КРУ можно принимать
а = 260 мм;
- расстояние между соседними опорными изоляторами, равное размеру ячейки КРУ по фасаду, принимаем = 900мм;
Кф - коэффициент формы шин, для шин прямоугольной формы Кф =1.
Так как шину можно рассматривать как многопролетную балку, свободно лежащую на опорах, изгибающий момент шин
М = 
Н* мм
Определяем момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия. Для однополосных шин, расположенных в одной плоскости плашмя, момент сопротивления равен
W = 
где b и h – размеры шин, b – меньшая сторона; h – большая сторона
Напряжение в материале шин, возникающее при воздействии изгибающего момента, равно
(Мпа)
Сравниваем значения расчетного напряжения и допустимого напряжения
Допустимое напряжение в зависимости от типа сплава шин меняется от 41 до 82 МПА. Если значение расчетного напряжения менее допустимого, шины прошли проверку на динамическую стойкость.
9.Заполняем таблицу результатов расчета
Таблица 5
Таблица результатов расчета
| Iр | Jэк. | Sэк. | ΔU | Вк | Sмин.кл | Sш | Sмин.ш. | Σрасч. |
| А | А/
|
| % |  с
|
| мм |
| МПА |
10.Отвечаем на контрольные вопросы.
Содержание отчета
1.Тема и цель работы.
2.Литература.
3.Таблица исходных данных.
4. Расчеты
5.Таблица результатов расчета.
6.Ответы на контрольные вопросы.
7.Вывод по проделанной работе.
Контрольные вопросы.
1. Как влияет ток короткого замыкания на токоведущие части?
2.Что показывает минимально допустимое сечение кабеля
Таблица 2
Экономическая плотность тока
| Проводники | Максимальная плотность тока,
Jэк., А/
при числе часов использования максимума нагрузки в год
| ||
| 1000-3000 | 3000-5000 | Более 5000 | |
| Неизолированные провода медные алюминиевые | 2,5 1,3 | 2,1 1,1 | 1,8 1,0 |
| Кабели с бумажной изоляцией, провода с резиновой и ПВХ изоляцией с жилами медными алюминиевыми | 3,0 1,6 | 2,5 1.4 | 2,0 1,2 |
| Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами медными алюминиевыми | 3,5 1,9 | 3,1 1,7 | 2,7 1,6 |
Таблица 1
Таблица исходных данных
| № вар. | Uн | Pн | cos φ | l | Iп.о. | iу | tотк. | Тмакс. |
| кВ | кВт | км | кА | кА | с | час | ||
| 0,8 | 0,5 | 0,44 | ||||||
| 0,6 | 0,7 | 0,13 | ||||||
| 0,75 | 0,05 | 19,5 | 0,05 | |||||
| 0,8 | 0,1 | 9,5 | 0,9 | |||||
| 0,6 | 0,44 | 23,4 | 0,4 | |||||
| 0,9 | 0,71 | 8,5 | 15,3 | 1,1 | ||||
| 0,75 | 0,07 | 0,75 | ||||||
| 0,45 | 0,8 | 7,7 | 13,9 | 0,09 | ||||
| 0,8 | 0,035 | 21,7 | 0,34 | |||||
| 0,75 | 0,15 | 5,6 | 0,14 | |||||
| 0,85 | 0,65 | 6,3 | 11,6 | 0,08 | ||||
| 0,7 | 0,47 | 0,35 | ||||||
| 0,83 | 0,13 | 22,3 | 31,5 | 0,52 | ||||
| 0,9 | 0,63 | 0,12 | ||||||
| 0,85 | 0,82 | 11,5 | 19,5 | 0,089 | ||||
| 0,77 | 0,18 | 9,5 | 0,6 | |||||
| 0,65 | 0,7 | 13,2 | 23,4 | 0,15 | ||||
| 0,8 | 0,05 | 8,5 | 15,3 | 0,65 | ||||
| 0.7 | 0,1 | 15,1 | 27,5 | 0,48 | ||||
| 0,85 | 0,44 | 7,7 | 13,9 | 0,09 | ||||
| 0,92 | 0,71 | 21,7 | 1,1 | |||||
| 0,8 | 0,07 | 5,6 | 0,6 | |||||
| 0,75 | 0,8 | 6,3 | 11,6 | 0,08 | ||||
| 0,9 | 0,035 | 12,5 | 0,5 | |||||
| 0,62 | 0,15 | 8,7 | 15,9 | 0,04 | ||||
| 0,8 | 0,65 | 15,4 | 27,8 | 0,6 | ||||
| 0,75 | 0,47 | 7,6 | 13,9 | 0,34 | ||||
| 0,86 | 0,13 | 21,7 | 0,06 | |||||
| 0,91 | 0,63 | 0,5 | ||||||
| 0,88 | 0,82 | 0,47 |
Таблица №3
Активное и индуктивное сопротивление кабелей
| Сечение
кабеля,
| Активное сопротивление, Ом / мм | Индуктивное сопротивление, Ом / мм, при напряжении | ||
| алюминий | медь | 6 кВ. | 10 кВ. | |
| 2.5 | 11,75 | 7,17 | - | - |
| 7,85 | 4,5 | - | - | |
| 4,9 | 3,0 | - | - | |
| 2,94 | 1,79 | 0,11 | 0,122 | |
| 1,84 | 1,12 | 0,102 | 0,113 | |
| 1.17 | 0,716 | 0,091 | 0,099 | |
| 0,84 | 0,514 | 0,087 | 0,095 | |
| 0,589 | 0,359 | 0,083 | 0,09 | |
| 0,42 | 0,256 | 0,08 | 0,086 | |
| 0,31 | 0,189 | 0,078 | 0,083 | |
| 0,245 | 0,15 | 0,076 | 0,081 | |
| 0,196 | 0,12 | 0,074 | 0,079 | |
| 0,159 | 0,097 | 0,073 | 0,077 | |
| 0,125 | 0,075 | 0,071 | 0,075 |
Таблица 4
Выбор сечения шинопровода
| Размеры шин, мм | Сечение одной полосы,
| Допустимый ток одной полосы, А | |
| медь | алюминий | ||
| 15*3 | |||
| 20*3 | |||
| 25*3 | |||
| 30*4 | |||
| 40*4 | |||
| 40*5 | |||
| 50*5 | |||
| 50*6 | |||
| 60*6 | |||
| 60*8 | |||
| 60*10 | |||
| 80*6 | |||
| 80*8 | |||
| 80*10 | |||
| 100*6 | |||
| 100*8 | |||
| 100*10 | |||
| 120*8 | |||
| 120*10 |