Практическая работа №10 ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ. Цель работы – изучить режимы работы ЭЭ. РЕЖИМЫ РАБОТЫ Задание на ПР10 – изучить теоретические сведения, ответить на контрольные вопросы, оформить отчет. Теоретические сведения 1 задание – изучить теоретический материал, ответить на контрольные вопросы кратким конспектом в отчете по работе. Все электрооборудование, в электрических сетях, характеризуется допустимой нагрузкой по мощности, току, напряжению. Работа элементов при предельной нагрузке сокращает срок их службы и не гарантирует надежной работы. Уменьшение нагрузки до оптимального значения увеличивает надежность работы элементов. О значениях реальной нагрузки судят по статистическим данным эксплуатации и замерам режимов работы элементов. Для оценки режимов работы обычно используют коэффициент нагрузки по мощности (току) и по напряжению. Коэффициент нагрузки по мощности: ( , 1.1) где - фактическое значение мощности; - номинальное значение мощности. Аналогично определяются коэффициенты по другим параметрам. При проектировании обычно принимается коэффициент электрических нагрузок 0,4—0,6. Основным звеном в цепи электроснабжения промышленных потребителей являются электрические с 0,38—35 кВ, которые по протяженности составляют более 90 % сетей всех напряжений. Имеющиеся в технической литературе результаты обработки статистических данных по надежности распределительных электрических сетей показывают, что причины возникновения аварийных ситуаций можно разделить следующим образом: • воздействие ветра и гололеда и последующее падение опор, и обрыв проводов - 27 %; • грозовые перенапряжения, оказывающие влияние почти на элементы сети, - 24 %; • повреждение электрических сетей людьми и автотранспортом - 14%; • неправильные действия персонала - 12 %; • дефекты изготовления и монтажа - 9 %. Остальные дефекты приходятся на загнивание опор, неудовлетворительное состояние трассы и другие причины. Самым ненадежным звеном электрических сетей 10 кВ является линии электропередачи, а наибольшей надежностью обладает ТП 35/10 и 10/0,4 кВ. При этом преднамеренные отключения составляют 45, а аварийные отключения 55% от общего числа. С точки зрения распределения причин отключений сети 0,38 кВ значительно отличаются от сетей 10(6) кВ, поскольку повреждения алюминиевых проводов в 6 - 7 раз больше, чем сталеалюминевых. Анализ распределения отключений по часам суток показал, что часть преднамеренных отключений происходит с 9 до 12 часов. Аварийные отключения распределяются в течение суток более равномерно. Надежность воздушных линий электропередачи (ВЛ). Воздушные передачи и установленное на них оборудование (разъединители, разрядники, предохранители) в значительной мере определяют надежность электроснабжения. Их повреждения дают до 80 % аварий. Причины и количество повреждений ВЛ обусловлены случайным характером внешних нагрузок, качеством и длительностью эксплуатации элементов ВЛ, а также имеющимися на предприятии материальными и трудовыми ресурсами для проведения профилактических мероприятий. Надежность проводов ВЛ 0,38 - 35 кВ. Провода и арматура являются наиболее повреждаемыми элементами ВЛ. Распределение обрывов проводов в течение года показывает, что большинство из них происходит в зимние месяцы. Основной причиной обрывов являются некачественный монтаж ВЛ, перетяжка проводов при монтаже и некачественная вязка. Натяжение проводов со стрелами провеса более 10 % приводит к схлестыванию проводов, особенно если линия расположена поперек господствующих ветров. При этом если нет автоматического включения, то из-за короткого замыкания линия отключается. Повреждения проводов при пробоях или перекрытиях изоляторов характерны для ВЛ 6 - 35 кВ на железобетонных опорах, когда проволоки оплавляются и пережигаются от протекания емкостных токов или токов короткого замыкания при одновременном повреждении изоляторов в разных местах. При этом в 80 % случаев повреждений изоляторов приводят к ремонту проводов и в 40 % случаев к замене проводов. Пережимы и истирания жил при пляске проводов, а также усталостные повреждения от вибраций возникают из-за конструктивных дефектов и ошибок при проектировании. Пляска проводов возникает при скорости ветра от 5 до 20 м/с и односторонних отложениях гололеда. При пляске проводов разрушаются в ослабленных местах провода, опоры или траверсы, выпадают и ломаются крюки (штыри, срываются изоляторы. Механические повреждения проводов ВЛ приводят к обрывам и пережогам проволок и происходят при наездах транспорта на опоры, набросах на провода, перекрытии проводов на деревьях при ветре и дожде. На ВЛ 6 - 35 кВ эти причины дают до 20, а в сетях 0,38 кВ до 80 % повреждений проводов. Основными причинами повреждения контактных зажимов являются их неправильный монтаж, применение нестандартных зажимов и способов соединения проводов. Однако такие элементы работают длительно и отличаются высокой надежностью. Надежность изоляторов. На ВЛ до 35 кВ, как правило, применяются штыревые изоляторы. Подвесные изоляторы используются в целях повышения надежности ВЛ, в особо гололедных условиях и на анкерных опорах ответственных переходов. Эксплуатационная надежность изоляторов зависит от соответствия их характеристик условиям работы, качества изготовления и монтажа На железобетонных опорах ВЛ 10(6) кВ в среднем повреждается до 1 %, а на деревянных 0,5 % изоляторов. Основная причина повреждения изоляторов - их пробой и перекрытие от воздействия коммутационных и атмосферных перенапряжений и высокой температуры, которая возникает при перекрытии изоляторов электрической дугой. Дуга однофазного короткого замыкания может гореть при токах порядка 5 А, вызывая полное разрушения изолятора за время 1 мин. При междуфазных коротких замыканиях разрушение изоляторов происходит за 1,5 - 2 с. Пробои изолятора чаще всего происходят при грозе и наличии срытых заводских дефектов, приводящих к появлению трещин, в которые попадает вода и изолятор становится токопроводящим. Дефектами монтажа изоляторов чаще всего являются несоответствие наружных размеров штырей и размеров полиэтиленовых гильз, монтаж изоляторов в полевых условиях без подогрева гильз в горячей воде и др. Имеющиеся материалы выхода из строя изоляторов свидетельствуют о том, что количество повреждений изоляторов на железобетон, опорах в 4 - 5 раз больше, чем на деревянных опорах. Надежность опор ВЛ. Основные причины повреждения деревянных опор ориентировочно распределяются следующим образом: удар молнии 40 %, воздействие ветра - 20 %, загнивание опор - 15%. наезд автотранспорта - 3 %, некачественный монтаж - 6 %. Загнивание деревянных опор обусловлено в основном отступлениями от технологии заготовки опор. При загнивании древесины не исключено возгорание опор из-за увеличения токов утечки в местах крепления изоляторов, а также выпадение крючьев. Другими причинами, приводящими к выпадению крючьев, являются пробой изоляторов и действие сильного ветра. Железобетонные опоры чаще всего повреждаются из-за нарушения технологии их изготовления, что приводит к плохому сцеплению бетона с металлической арматурой. В результате появляются трещины, неравномерная толщина стенок бетонной трубы, односторонний сдвиг арматурного каркаса относительно ствола опоры. В процессе эксплуатации под воздействием знакопеременных нагрузок, периодического увлажнения и промерзания развиваются дефекты, которые были выявлены ранее, возникают новые дефекты у таких опор. Другой причиной снижения прочности железобетонных опор является повреждения от протекания по телу опоры емкостных токов замыкание на землю в сети напряжением 6 - 35 кВ. Случаи разрушения железобетонных опор при однофазных коротких замыканиях наблюдались при пробоях или повреждениях изоляторов, перекрытии их птицами, обрыве вязок проводов, падении проводов на металлические траверсы. При этом емкостной ток замыкания на землю, протекая по заземлению опоры, высушивает грунт. Изза большого омического сопротивления зона бетон - грунт превращается в диэлектрик, который пробивается электрическими разрядами. В результате разрушается железобетон, образуются раковины и трещины, опора становится непригодной для дальнейшей эксплуатации. Кроме этого, может появиться опасное для жизни человека напряжение прикосновения к опоре и шаговое напряжение при приближении к ней. 2 задание - Освоить методику электрического расчета воздушной линии, проведя расчёт линию электропередачи (ЛЭП). Рассчитать линию электропередачи (ЛЭП) – это значит определить: сечение провода и сформировать марку; потери мощности; потери напряжения. Сечение провода, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии, называют экономическим. Правилами устройства электроустановок для определения расчетного экономического сечения q эк рекомендуется метод экономической плотности тока. Для проведения электрического расчета воздушной линии необходимо иметь структурную схему ЛЭП, указав на ней исходные данные (рис.1). Максимальный рабочий ток линии рассчитывается по формуле (1), А , (1) Для расчета экономического сечения проводника необходимо, используя табл. 1, определить плотность тока jэк (по материалу проводника и по числу часов использования максимума нагрузки за год Tмакс.). Таблица 1 – Исходные данные Коэффициен Вари Максимальная т мощности ант мощность нагрузки в конце линии Р, кВт 9 3500 0,93 Номинально е напряжение линии U, кВ 10 Длин а лини и l, км 15 Время Материал использован ия максим. нагрузки Tмакс., ч/год 3700 сталеалюминий Экономическое сечение проводника рассчитывается по формуле (2) . (2) Для выбора проводника (по сечению и допустимому току), согласно ПУЭ, используются данные из табл. 2 q≥qэк , Iдоп≥Iраб.макс, где q – сечение проводника, мм2; Iдоп – допустимый ток, А. Таблица 2 – Нормированные значения плотности тока Проводник Плотность тока jэк. А/мм2, при числе часов использования максимума нагрузки за год Tмакс., ч/год 1000-3000 3000-5000 Более 5000 Медные 2,5 2,1 1,8 Алюминиевые 1,3 1,1 1,0 Таблица 3 – допустимый ток на неизолированные провода Сечен ие прово да, мм2 4 Допустимый ток для провода марки, А А АС АСО АСУ М - - - - 50/25 6 - - - - 70/35 10 - 80/50 - - 95/60 16 105/75 105/75 - - 130/100 25 135/105 130/100 - - 180/135 35 170/130 175/135 - - 220/170 50 215/165 210/165 - - 270/215 70 265/210 265/210 - - 340/270 95 320/255 330/260 - - 415/225 120 375/300 380/305 - 375 485/395 150 440/355 445/365 450/365 450 570/465 185 500/410 510/425 505/420 515 640/530 240 590/490 610/505 605/505 610 760/685 300 680/570 690/585 690/580 705 880/740 400 815/690 835/715 825/710 850 1050/895 500 980/820 - 945/815 - - 600 1070/93 0 1050/1075 - - 700 - 1220/1075 - - - Примечание: в зависимости от конструкции провода имеют следующие обозначения: А – алюминиевый; АС – сталеалюминиевый; АСО – сталеалюминиевый облегченной конструкции; АСУ – сталеалюминиевый усиленной конструкции; М – медный. Решение: Максимальный рабочий ток линии рассчитывается по формуле: 𝐼раб.макс = 𝐼раб.макс = 𝑃 √3 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑 ∗ 𝑈 3500 √3 ∗ 0,93 ∗ 10 = 663 𝐴 Для расчета экономического сечения проводника необходимо, используя табл. 2, определить плотность тока jэк (по материалу проводника и по числу часов использования максимума нагрузки за год Tмакс.). Согласно исходным данным плотность тока 𝑗эк = 1,1 А/мм2 Экономическое сечение проводника рассчитывается по формуле: 𝑞эк = 𝐼раб.макс 663 = = 602,7 мм2 𝑗эк 1,1 По таблице 3 Определяем сечение провода 𝑞 = 700 мм2 Оптимальная длина ЛЭП определяется из предложенного диапазона по формулам (3), (4), (5) ; (3) ; (4) , (5) где - напряжение передачи, кВ. Определяем оптимальную длину ЛЭП: 𝐿ЛЭП макс = 15 ∗ 10 = 150 км 𝐿ЛЭП мин = 0,3 ∗ 10 = 3 км 𝐿ЛЭП ср = 150 + 3 = 76,5 км 2 Для определения потери напряжения необходимо рассчитать активное сопротивление провода на единицу длины (6) (ОМ/ км) (6) где - удельная проводимость для алюминиевых проводников, принимается 30 м/(Ом мм2), для медных – 50 м/(Ом мм2). Определяем активное сопротивление провода на единицу длины: 𝑟0 = Потери 100 = 0,0048 Ом/км 30 ∗ 700 напряжения в ЛЭП (7) ), где (7) – коэффициент мощности ЛЭП; х0 – индуктивное сопротивление на единицу длины ЛЭП, для воздушной линии принимается 0,4 Ом/км, для кабельной – 0,08 Ом/км. Чтобы перевести потери напряжения из процентов в киловольты, можно использовать формулу (8) (8) Потери мощности в ЛЭП рассчитываются по формуле (9) (9) Определяем потери мощности в ЛЭП: ∆𝑆ЛЭП 3500 2 76,5 0,0048 2 √ =( ∗ ( ) ∗ ) + 0,42 = 1,82 3 ∗ 10 1000 3 Определяем потери напряжения в ЛЭП: ∆𝑈ЛЭП% = 1 ∗ 3498,18 ∗ 76,5 ∗ (0.0048 ∗ 0.93 + 0.4 ∗ 0.367) = 13,5 % 30 ∗ 102 Переводим потери напряжения из процентов в киловольты: ∆𝑈ЛЭП = 10 ∗ 13,5 = 1,35 кВ 100 Контрольные вопросы 1. Расчет допустимой нагрузкой по мощности 2. Причины возникновения аварийных ситуаций на электрических сетях Надежность воздушных линий электропередачи (ВЛ). Надежность изоляторов Надежность опор ВЛ Как расшифровывается маркировка выбранной воздушной линии? Что называется экономическим сечение провода? Чему равна наибольшая величина допустимых потерь напряжения в ЛЭП от номинального значения? 9. От чего зависит коэффициент мощности ЛЭП? 3. 4. 5. 6. 7. 8. Ответы на контрольные вопросы 1.Расчет допустимой нагрузки по мощности необходим для предоставления качественной электроэнергии, минимизации аварийных ситуаций и экономии денежных средств. 2. автоматические отключения оборудования в следствии возникшего короткого замыкания; продолжительные перерывы в электроснабжении пользователей; ошибочные действия сотрудников. 3. Причины и количество повреждений ВЛ обусловлены случайным характером внешних нагрузок, качеством и длительностью эксплуатации 4. Эксплуатационная надежность изоляторов зависит от соответствия их характеристик условиям работы, качества изготовления и монтажа На железобетонных опорах ВЛ 10(6) кВ в среднем повреждается до 1 %, а на деревянных 0,5 % изоляторов. Основная причина повреждения изоляторов - их пробой и перекрытие от воздействия коммутационных и атмосферных перенапряжений и высокой температуры, которая возникает при перекрытии изоляторов электрической дугой. 5. Основные причины повреждения деревянных опор ориентировочно распределяются следующим образом: удар молнии - 40 %, воздействие ветра - 20 %, загнивание опор - 15%. наезд автотранспорта - 3 %, некачественный монтаж 6 %. Загнивание деревянных опор обусловлено в основном отступлениями от технологии заготовки опор. Железобетонные опоры чаще всего повреждаются из-за нарушения технологии их изготовления, что приводит к плохому сцеплению бетона с металлической арматурой. Другой причиной снижения прочности железобетонных опор является повреждения от протекания по телу опоры емкостных токов 6. Опора П35-2 – Опора промежуточная на 35 кВ 7. Сечение провода, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии. 8. 4-5% 9. Коэффициент мощности ЛЭП зависит от длины линии Выводы: Изучены режимы работы электрооборудования и освоена методика электрического расчета воздушной линии с расчетом сечения провода, марки потерь мощности и потери напряжения.
